「行星連珠」機不可失！太陽系冰巨星受到關注

2023-04-01 04:39:56 2

「行星連詞」是現在還是永遠！太陽系中的冰巨星受到關注

科技日報

科技日報記者劉霞

在太陽系除地球以外的七大行星中，火星是行星科學家眼中的「白月光」，他們對火星進行了長期而持續的探索。人類也分別派遣了許多「使者」到木星、土星、水星和金星，去窺探這些行星的許多秘密。到目前為止，只有天王星和海王星在20世紀80年代被旅行者2號探測器訪問過。這兩個藍冰巨人是太陽系中離地球最遠的行星，人類探索最少，因此也是最神秘的。他們就像花卉世界中的「藍色女巫」。

「旅行者2號」看到了「天王星」(左)和「海王星」(右)照片來源:英國雜誌《自然》網站

現在，隨著一個罕見的「行星會合」時刻的臨近，越來越多的科學家提議向天王星或海王星發射探測器。他們相信，探索這兩個冰巨人將為許多研究人員提供新的探索領域，包括研究天王星的行星環、行星的大氣層、行星的衛星和海洋，並進一步揭示太陽系邊緣隱藏的秘密。

《藍色妖姬》

天王星是太陽系中最神秘的行星之一。這顆大理石般的淡藍色星球懸浮在黑暗冰冷的太空深處，距離太陽29億公裡。像土星一樣，天王星有一個行星環。海王星居住在離太陽45億公裡的深空。

的科學家認為天王星和海王星是「雙胞胎」，因為它們的大小和質量相似。然而，瑞士蘇黎世大學的行星科學家拉維特·海勒說，儘管如此，沒有人知道它們有多相似，或者它們的組成和形成有多相似。現有的

模型難以解釋這兩顆行星的內部結構，也無法解釋為什麼離太陽較遠的海王星似乎比離太陽較近的天王星更熱——「旅行者2號」提供的數據顯示，天王星的表面溫度為零下224攝氏度，是太陽系中最冷的行星；海王星的表面溫度是零下214攝氏度。

此外，海勒說，每個人都認為這兩個天體是由水或氨冰組成的，「但真相仍然未知」，需要派一個探測器來查明英國布里斯托大學的系外行星科學家漢娜·維克福德說，探索冰巨人的主要任務也將有益於系外行星研究。因為大約40%的已知系外行星與冰巨人大小相同，了解太陽系中的兩個冰巨人將有助於我們進一步了解這些系外行星的大小和大氣，從而揭示它們的形成和演化過程。

參加上述會議的專家一致認為，他們很樂意探索任何一顆行星，因為訪問任何一顆行星都會有收穫。研究表明，一石二鳥——派遣一個探測器去訪問兩個行星是可行的，但成本太高

如果你選擇一個，一些科學家認為你應該送一個探測器去海王星，因為它最大的衛星海衛一在地質學上非常活躍，可能有一個由液態水組成的地下海洋。海衛一是海王星14顆衛星中最大的一顆。它的表面覆蓋著凍結的固態氮。我們以為世界是寂靜的，但是旅行者2號給我們帶來了一個驚喜。地質活動存在於這個冰凍的世界裡——間歇泉延伸至太空8公裡。美國宇航局噴氣推進實驗室的行星科學家馬克·霍夫施塔特說，天王星比海王星更奇特，因為它的磁場相對於行星的旋轉軸傾斜，挑戰了現有的科學模型。此外，天王星有一個較晚的發射窗口，這使得探索這顆行星更加現實。

「曲線救國」

的科學家指出，除了海王星和天王星，「藍色妖姬」本身充滿了神秘的誘惑，並喚起人們去發現，兩顆行星和木星之間罕見的「行星會合」現象將在20世紀30年代初出現。「行星連詞」是指行星都排列在太陽的同一側。當

到達時，宇宙飛船可以利用這一現象，利用木星的引力彈弓效應來縮短旅行時間，並在前往行星的途中更快地到達目的地。此外，重力彈弓效應還可以降低探測器的燃料消耗，使太空飛行器能夠攜帶全套科學儀器。

為了利用這一難得的時刻，海王星探測器需要在2031年左右發射；對天王星的探測需要在20世紀30年代中期發射。

hofstadter表示，上述兩個時間段是「正確的發射時機，現在或永遠都不會。」「

儘管如此，時間還是很短。對美國宇航局來說，這種耗資數十億美元的「旗艦」任務通常需要7到10年的準備時間。美國宇航局將根據2022年發布的為期10年的行星科學調查中設定的任務優先級，考慮批准哪些項目。前往海王星或天王星的任務將面臨來自提議的競爭，例如從火星上取回樣本或探索金星。

英國萊斯特大學的行星科學家李·弗萊徹說，對任何一顆行星的任務都應該包括進入該行星的軌道，並向其大氣層或其中一顆衛星發射至少一枚探測器，就像美國航天局和歐洲航天局(歐空局)在卡西尼-惠更斯土星探測器探測土星時所做的那樣。其中，卡西尼號探測器的任務是環繞土星飛行，惠更斯號探測器是卡西尼號攜帶的子探測器。它的任務是深入土星最大的衛星土衛六的大氣層，並在上面進行野外工作儘管如此，許多人擔心時間太晚了。歐洲航天局(ESA)戰略、規劃和社區協調負責人法比奧·法瓦塔(Fabio Favata)在會上表示，就太空而言，「就像後天發射探測器一樣。」歐空局正在發射兩個關鍵人物，預計將於20世紀30年代初發射。因此，「2050年航行」計劃參觀冰巨人，而歐空局不能從這個發射窗口發射探測器。旅行者2050是歐空局的下一個長期太空探索計劃。該計劃中選擇的所有項目都將在2030年至2050年間啟動。

他補充說，作為替代方案，如果美國同意，歐空局可以參加美國航天局領導的飛行任務。兩個機構都可以發送更輕更便宜的任務，比如飛越一個冰巨人。這也將為科學家提供有價值的數據，但不能提供科學家希望的全面數據。

如果行星科學家錯過了20世紀30年代的發射窗口，他們將不得不等待10年，直到下一個「行星會合」現象出現，或者依靠更強大的發射系統，如美國航天局的「空間發射系統」(SLS)，但這項技術仍處於研發階段。弗萊徹說，科學家已經對火星、金星、土星、木星等進行了更深入的探索，但是「天王星和海王星也是獨一無二的，因為我們還沒有完成對它們的第一階段探索。」

每次拜訪一個冰巨人都是一次通往未知世界的漫長旅程。儘管由於速度太快，探測器只能在行星範圍內停留幾個小時，但過去幾個小時收集的數據也讓我們開始了解隱藏在太陽系外層空間的秘密。