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上一期,咱们介绍了我国可能的海王星探测计划。那么,如果真的要探测海王星,我国应该如何展开这个计划呢?

时间&路线

海王星的探测,也不是说去就能去的。正如火星探测有窗口期一样,海王星的探测也有属于它的窗口期。

(图片说明:旅行者2号是唯一拜访过海王星的探测器)

由于距离太远,我们必须要想办法加快探测器的飞行速度,另外还要尽量节省能源。这看似矛盾,但也有两全其美的解决方案,那就是引力弹弓效应。借助其他行星的引力,给探测器加速,就能够完美地使其在节约能源的同时更快地抵达目的地。在探测海王星的路上,借助木星的引力弹弓效应,是最好的办法。

地球的公转周期是一年,木星的公转周期约为11.86年,海王星的公转周期则是164.8年。三者需要达到比较完美的相对位置,我们的探测器才能路过木星,坐上“顺风车”,这就是海王星的探测窗口期。这个窗口期,在2030年左右会到来。一旦错过,至少要等到2041年了……

我国的海王星探测详细计划,最早2030年,将拜访最遥远行星

(图片说明:2040年前太阳系天体的相对位置变化)

如果我们能够赶上最近的窗口期,那么就需要在2030年发射探测器。经过3年左右的时间,探测器经由地木转移轨道抵达木星,通过木星引力的加速效果,进入到木星-海王星转移轨道,再用6年左右的时间来到海王星的轨道附近。在轨道末端,探测器通过减速和速度矢量调节,被海王星引力捕获,展开对海王星的探索。

那么,历尽千辛万苦、跋山涉水来到海王星的探测器,将会进行哪些探索呢?

探测目标

我国的海王星探测详细计划,最早2030年,将拜访最遥远行星

(图片说明:海王星艺术图)

此前,美国宇航局也宣布过他们预想中海王星探测任务的几个主要目标,那就是行星环、卫星、大气和磁层。科学家们的研究,在很多方面都是有共识的,所以我国在海王星探测目标方面,其实也和美国方面差不多。当然了,如果要细说,还是有些不同的,具体如下:

  • 海王星成分&结构

虽然我们对海王星的成分和结构已经有所了解了,但这也是基于32年前的探测结果,科学家们希望能够对这些属性进行更加精确的探测和分析。这不仅是我们了解这颗行星的基础,也有助于科学家了解太阳系的早期历史。另外,海王星的表面温度比理论值要更高,意味着海王星内部有热源,这也是科学家想要破解的谜题。

我国的海王星探测详细计划,最早2030年,将拜访最遥远行星

(图片说明:海王星高空云带)

  • 海王星的磁层&电离层

海王星的等效磁轴非常特殊,偏离自转轴达47°,且偏离海王星核心达0.55个行星半径,也就是大约13500公里,足以放下一个地球。海王星磁层内部的等离子体传输过程、抵御太阳辐射的磁层顶,都是困扰科学家多年的问题。

海王星的大气也很诡异,拥有着太阳系最高的风速,以及足以装下一个地球的巨大风暴——大暗斑。它的大气里有什么样的凝结云?大气层下的海王星本体有多快的自转速度?这些问题都是在地球上所无法得知的。

我国的海王星探测详细计划,最早2030年,将拜访最遥远行星

(图片说明:海王星大暗斑)

  • 海王星卫星&行星环

海王星有14颗已知的天然卫星,其中最值得注意的就是海卫一了。对于一些天文学家来说,海卫一就是太阳系最诡异的卫星。它的公转方向和海王星自转方向相反,也就是所谓的逆行卫星,这意味着它不是和海王星一起形成的。它的地质结构非常年轻,表面看上去就像是一个哈密瓜。而且,海卫一表面经常会有火山喷发,但喷射出来的不是岩浆,而是冰。

和其他气体行星一样,海王星也有行星环。由于比较暗淡,海王星环一直到旅行者2号近距离飞掠时才被发现。这个行星环的存在模式也非常奇怪,科学家们希望能够通过近距离探测来破解这些谜题

我国的海王星探测详细计划,最早2030年,将拜访最遥远行星

(图片说明:海王星光环)

  • 海王星特洛伊小天体&半人马族小天体

海王星特洛伊小天体指的是一群位于海王星第四拉格朗日点上的小天体,目前发现得还比较少,有人推测它们可能还在其他的拉格朗日点有分布。半人马族小天体则是一群位于木星和海王星轨道之间的天体,被认为是柯伊伯带小天体转化而来的。

这两种小天体的分布和演化历程,都是科学家们所好奇的,这对于我们理解太阳系有着重要的意义。

除了电源,还需要什么

我国的海王星探测详细计划,最早2030年,将拜访最遥远行星

(图片说明:哈勃望远镜拍摄的海王星)

上一期我们已经讲过我国科学家为了海王星探测计划而设想的核反应堆电源了,不过这是不够的,想要探测海王星这样遥远的天体,我们还需要准备更多。

  • 火箭:根据论文的介绍,目前的长征五号运载火箭已经足以实施海王星探测任务;
  • 发射场:如果进行海王星探测,那么海南文昌火箭发射场就可以使用;
  • 深空通讯系统:距离数十亿公里,通讯将成为一个巨大的问题。好在我们已经在喀什、佳木斯和甚至是南半球阿根廷的萨帕拉建设了雷达,通过甚长基线干涉技术,就可以接收到遥远的信号;
  • 探测器系统:包括四颗微纳卫星和其他的科学载荷,其中两颗纳卫星在中途对小行星进行研究,两颗微小卫星对海王星和海卫一进行穿透探测;
  • 地面应用系统:用于接收数据并进行处理,供科学家们研究分析。

总结

我国的海王星探测详细计划,最早2030年,将拜访最遥远行星

(图片说明:海王星探测任务功能模块示意图)

我们上一期说过,我国目前并没有宣布实际的海王星探测计划,但我相信我国科学家已经在认真考虑这件事了。

英国布里斯托大学的系外行星科学家汉娜·威克福德指出,目前人类发现的系外行星中,大约有40%都和天王星、海王星体型类似。因此,了解海王星不仅仅是帮助我们理解这颗行星本身,也有助于我们理解大量的系外行星特质。从这一点来说,海王星的研究的确非常重要。

而且,正如我们前面所说的,海王星的下一个发射窗口期就是2030年左右。一旦错过,就要再等十几年。相信我国科学家也不希望再等这么久的时间。

我国的海王星探测详细计划,最早2030年,将拜访最遥远行星

(图片说明:海王星的内部结构,是科学家好奇的问题)

总之,一切还是要结合相关技术的发展和我国整体的行星探测计划的进度来考虑,最终以我国科学家官方宣布的信息为准。

至于我们普通人,不如好好工作,给祖国多贡献一点GDP,没准就能促成这一次海王星探测了~

原文链接:http://www.toutiao.com/a6968216997922472460

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