从它在太阳系遥远边疆的前哨站，冥王星以其遥远和神秘吸引着潜在的探险者。这是一颗特立独行的行星：最远、最小、最暗、最冷，而且可以说是最奇怪的。奇特的冥王星既不是类地行星（如水星、金星、地球和火星），也不是巨大的气体球（如木星、土星、天王星和海王星），而是其自身行星类别的唯一成员——一个由大约50亿年前形成太阳和其余行星的巨大旋转气体和尘埃星云残余物构成的冰矮星。
冥王星是太阳系中最后一颗未被探索的行星。但现在，美国国家航空航天局（NASA）的远见者们终于提议派遣一项低成本、高胆量的任务——“冥王星快速飞越”（Pluto Fast Flyby）——以近距离详细考察这颗行星。至少帕萨迪纳喷气推进实验室（JPL）的一位科学家曾亲切地将这次飞越描述为一枚携带相机和无线电的炮弹。事实上，将会有两枚炮弹。“冥王星快速飞越”将是一项双重任务，由两艘双子航天器组成，它们将在彼此一年内会合冥王星，对这颗被长期忽视的星球进行两次观测。这些小型航天器将像马拉松选手一样精瘦而执着，必须在本世纪末之前迅速完成规划和设计阶段并抵达发射台，然后在六到八年内以直接轨迹飞向冥王星——要快——赶在目前包围着这颗行星的大气层冻结并以某种奇异的雪的形式降落到地表之前。
如果任务在雪降之前未能飞越，天文学家将彻底错过研究大气层的机会。它将消失。天文学家将这种离奇的天气预报建立在冥王星目前远离太阳的运动上：在行星248年的轨道运行中，当太阳靠近时，甲烷和氮气的大气层显然会从地表冒出，但在不久之后又会再次冻结。因此，冥王星的行为有点像彗星，在太阳的光和热附近会长出新的部分。没有其他行星会这样做。难怪前往那里会引起如此大的兴奋。
“冥王星快速飞越”的动力，竟然来自一张邮票。1991年，一套纪念美国太空探索的邮票将行星与它们的航天器访客进行匹配：火星-维京号、木星-先驱者号、海王星-旅行者号等等。只有海沫绿色的冥王星，孤独地悬挂在漆黑的太空背景下，上方写着“冥王星尚未探索”的字样。
“那让我非常困扰，”罗伯特·斯泰勒回忆道，他现在是喷气推进实验室冥王星团队的经理。他立即开始推动一项探索冥王星的任务，并发现他并非唯一一个希望访问这颗行星的人——事实上，全国各地散布着一个活跃的“冥王星地下研究者”群体，他们梦想着任务策略，渴望前往。斯泰勒成为了这个社区的催化剂。作为一名致力于美国宇航局重新关注廉价、快速小型航天器的工程师，他能够汇集许多人的想法，形成一项可行的冥王星计划。
去年八月，37岁的斯泰勒以一种恭敬的姿态，打电话给当时86岁的克莱德·汤博（Clyde Tombaugh），他在1930年发现了冥王星，并正式请求允许访问他的行星。
“我告诉他，他随时都可以去，”汤博在新墨西哥州立大学的办公室里愉快地证实，“尽管他将经历一次漫长而寒冷的旅程。”
汤博拒绝了斯泰勒与项目团队会面的邀请，理由是新墨西哥州和加利福尼亚州之间的通勤会过于艰辛。然而，过去他曾三次与翘首以盼的人群一起在喷气推进实验室，观看航天器发回火星、土星和海王星的第一批详细图像。“当我发现冥王星时，”汤博回忆道，“只有少数人梦想着前往行星——即使是我们，也没想到这会在我们有生之年实现。”
汤博并非偶然发现冥王星；他是把它猎捕到的。到19世纪中叶，天文学家根据天王星不稳定的轨道推断出看不见的行星的存在，天王星是威廉·赫歇尔在1781年偶然发现的。发现天王星后，赫歇尔将太阳系的大小扩大了一倍——他的新行星距离太阳近20亿英里，而古代已知的最远行星土星则不到10亿英里。在赫歇尔发现后的骚动中，天文学家追踪了天王星的位置，并将其观测到的轨道与开普勒和牛顿定律预测的路径进行了比较。数千英里的差异表明，另一颗离太阳更远的行星一定在拉扯天王星偏离轨道。这些计算导致了海王星的发现——在纸上——在1845年，整整一年之后才有人真正在天空中找到这颗蓝色行星。但即使是海王星也无法解释天王星轨道中所有的位移，因此行星搜寻仍在继续。
美国天文学家珀西瓦尔·洛厄尔（Percival Lowell）徒劳地寻找他所谓的“X行星”，直到他于1916年去世。十四年后，当时24岁的汤博在洛厄尔自己位于亚利桑那州的观测站工作，通过顽强的毅力——以及新技术——找到了这颗难以捉摸的行星。仅仅知道往哪里看是不够的。汤博需要使用一种在德国开发的装置，用于辨别遥远距离处微弱的移动物体。这种闪烁比较器使他能够叠加同一片天空区域在数个夜晚拍摄的两张图像。在这些匹配的视图中，成千上万颗恒星中的每一颗都会出现在完全相同的位置，因此组合的恒星图像看起来与任何一张单独的照相底片都没有区别。但是任何像微弱行星一样的物体都会每晚移动，这种移动会在匹配过程中显现出来，从而暴露行星的存在。
汤博花了将近一年的时间进行这些枯燥的比较。最终他辨认出了我们现在称之为冥王星的移动恒星——它比我们肉眼能看到的最暗恒星还要暗4000倍。“就是它！”汤博回忆起发现那一刻的惊呼。
这颗行星被证明拥有太阳系中最偏心的轨道。所有其他行星都以相当圆形、同心圆的轨道在一个扁平的平面上围绕太阳运行，仿佛在池塘水面上描绘涟漪，围绕着石头落水的地方。然而，冥王星的轨道是一个严重夸张的椭圆形，它在太阳的一侧潜入海王星轨道以内，而在另一侧则远远超出海王星轨道。因此，冥王星到太阳的距离从最小的28亿英里到最大的46亿英里不等。更重要的是，冥王星的路径以疯狂的17度角倾斜远离太阳系的其他部分，仿佛某种灾难性的碰撞使其偏离了正常轨道。如果其他行星描绘的是池塘上的涟漪，那么冥王星就是一条跃出水面、超越最外层涟漪的鱼。（冥王星也以夸张的58度倾角倾斜其轴线——是地球23度倾角的两倍半。）
冥王星被发现后的四十年里，世界上最大的望远镜都在努力观测这个微小遥远天体的表面——它甚至比地球的月亮还要小。没有任何望远镜能够辨别出除了这颗行星的绿粉色和一些模糊的暗斑之外的任何细节，这些暗斑在观测期间表现为光线收集量的周期性下降。这些暗区帮助确定了冥王星的自转周期，因为它们每隔六又三分之一天就会进入视野。
然后，在20世纪70年代中期，灵敏的新型红外探测器问世，使观测者能够识别出冥王星表面反射的阳光中的甲烷光谱线。鉴于这些化学物质在外太阳系中含量丰富，天文学家曾预测冥王星由固态甲烷和氨混合构成，但这次甲烷的确认是他们获得的第一批真实证据。
很快他们就得知了一个更令人兴奋的发现。1978年6月22日，詹姆斯·克里斯蒂在华盛顿特区的美国海军天文台工作时，意外地发现小小的冥王星拥有自己的卫星。
克里斯蒂一直在仔细研究望远镜图像，试图通过跟踪冥王星相对于熟悉的背景恒星网格的运动来精确测量其轨道。在此过程中，他注意到冥王星的形状看起来并不完全是圆形，仿佛其边缘有一个凸起，他还进一步注意到这个凸起在不同的照片中改变了位置。克里斯蒂在最初观测的几个小时内确定，这个移动的肿块实际上是一颗轨道卫星。他后来将其命名为卡戎（Charon），这个名字兼具神话和个人意义：冥王星是希腊神话中的冥界之神，而卡戎是摆渡亡灵到该领域的船夫。卡戎听起来也很像克里斯蒂妻子的名字夏琳（Charlene），简称为查尔（Char）。
卡戎的直径约为740英里，是冥王星直径（约1460英里）的一半。这使得卡戎相对而言是所有行星中最大的卫星。地球的月球是第二大的，其直径是地球8000英里直径的四分之一。木星和土星的巨型卫星，其中一些直径超过3000英里，其实际尺寸更大，但它们在巨大的母行星——89000英里的木星和75000英里的土星——面前显得相形见绌。
“相对于冥王星的大小，卡戎是如此巨大，以至于这两个天体构成了一个双行星，”西南研究所的行星天文学家、冥王星快速飞越团队顾问组负责人艾伦·斯特恩说。“在太阳系中，没有其他一对像它们一样，”他补充道。“但我们认为，当我们近距离研究它们时，我们会发现与双星的相似之处。”像成对的恒星一样，冥王星和卡戎似乎会交换物质并相互影响它们的轨道运动。仔细分析它们的轨道表明，相距约12000英里的冥王星和卡戎围绕一个共同的质心进行螺旋舞动，这个质心位于两个天体之间，距离冥王星表面约930英里。（相比之下，在地球-月球系统中，共同的质心远低于地球表面。）冥王星和卡戎像探戈舞者一样相互牵引，以相同的速度旋转和公转——每六又三分之一天一次——这样彼此始终保持同一面朝向对方。（地球必须每28天自转一次，而不是每24小时一次，才能与月球保持类似的同步节奏。但月球不够大，或者说距离地球24万英里太远，无法施加足够的引力来使其发生。）
在发现卡戎的一周内，天文学家意识到，从地球上观测，冥王星及其卫星很快将进行一系列相互掩食。卡戎的轨道将正对地球，因此月球会先从行星前面经过，然后从后面经过。冥王星和卡戎在太空中进行这种“来回舞动”，会留下一些线索，而这些线索在如此远的距离下 otherwise 无法探测。例如，天文学家可以通过仔细跟踪和计时每次掩食的开始和结束，从而更准确地测量两个天体的直径。他们已经通过观测其轨道力学知道了冥王星-卡戎系统的总质量。如果他们有精确的直径测量值，他们就可以估算出两个天体的相对密度。反过来，密度将暗示其组成——这些天体主要是岩石、冰还是气体。在相互掩食期间，当一个天体被另一个遮挡时，通过单独观测每个天体，可以获得关于冥王星和卡戎组成的更多化学细节。
“这种相互事件的正确配置在冥王星248年的轨道中只发生两次，即每124年一次，”斯特恩指出，仍然对这种好运感到惊奇。“上次发生时，我们正在打内战。”
由于冥王星和卡戎距离太近，无法通过任何基于地球的望远镜分辨出来，因此观测者无法单独观测其中一个天体。对冥王星反射光线的任何分析实际上都揭示了这对天体的化学成分。但在1985年至1990年间的相互掩食期间，当卡戎周期性地消失在冥王星后面时，可以制作出一张冥王星的独照。从这对天体的光谱中减去这张纯冥王星光谱，就得到了卡戎的精确图像。（这颗卫星还不够大，无法完全遮挡冥王星并为自己单独拍照。）
世界各地天文台的冥王星爱好者们，通过一个名为“第九行星新闻”的临时网络相互交流，在持续五年的时间里，充分利用了这些冥王星-卡戎、卡戎-冥王星的掩食。例如，研究人员了解到，卡戎主要覆盖着水冰，在约-360华氏度的环境温度下，水冰坚硬如岩石。相比之下，冥王星的主要表面成分包括甲烷冰、氮冰和一氧化碳冰。这些是相对较软的物质，结构强度太弱，无法形成悬崖和陡坡等持久的表面特征。因此，月球和行星的表面可能彼此迥异。
即使现在，研究人员仍在从这些相互事件中提取新的数据。在最近对这些长期合作努力的宏大综合中，麻省理工学院的理查德·宾泽尔和艾略特·杨发布了一张他们制作的粗略地图，描绘了冥王星上的暗区和亮区。（现年34岁的宾泽尔是一位长期的冥王星爱好者——15年前卡戎被发现时，他就身在美国海军天文台。）
“我们的地图显示冥王星的南极亮得惊人，”宾泽尔观察到。“它几乎是一个完美的反射体，这告诉我们那里的表面覆盖着某种霜。”宾泽尔解释说，由于在尘埃密布的太空中，尘埃颗粒似乎很快就会覆盖一切，因此任何东西都不能指望长时间保持非常明亮，所以霜一定很新鲜。他认为，这种新鲜的霜反映了随季节变化的行星天气模式。在他的设想中，当行星到达近日点（离太阳最近点，最近一次发生在1989年）时，冥王星的温度升高。在冥王星轨道上这段被太阳温暖的区域，一些地表冰蒸发，形成了现在可探测到的大气层。然后，随着行星远离太阳，部分或全部大气层冻结并重新降落到地表。
“如果你是冥王星人，”宾泽尔推测，“你每248年才下一次雪，那也是冥王星的一年。”
冥王星稀薄大气层的存在在20世纪70年代中期被怀疑，但直到1988年才被证实。这一发现并非来自冥王星-卡戎相互掩食，而是来自冥王星先前预测的在室女座一颗微弱恒星前的经过。天文学家嗅到了另一个了解这颗遥远行星的难得机会，从南半球的八个地点观测了这次恒星事件。他们观察到，恒星在消失在冥王星后面之前变得扭曲并逐渐变暗，仿佛被一层薄薄的空气模糊了。
在冥王星周围，空气由氮化合物和气态甲烷的混合物组成，产生的表面压力小于地球空气的十万分之一。大气层显然在微小行星周围膨胀，其引力太弱，无法将其紧密束缚。事实上，冥王星的大气层可能一直延伸到，甚至可能包裹着，紧密环绕的卡戎。
借助不断改进的仪器，对冥王星未知领域的持续探索正在进行中。就在去年五月，夏威夷大学的托比亚斯·欧文和法国天文学家凯瑟琳·德伯格在莫纳克亚山的英国红外望远镜上合作，证实了冥王星存在氮冰。
最近，哈勃太空望远镜让行星科学家们清晰地看到了冥王星，没有地球大气的干扰，使他们能够更精确地判断这颗行星的密度。他们拍摄了这颗行星及其卫星的照片，确定了它们相对于背景恒星的精确位置。通过追踪这些天体绕共同质心运行的运动，研究人员收集了计算它们质量所需的数据。冥王星的质量为1.3 x 10^25克，是地球月球质量的六分之一，是卡戎质量的12倍。它的密度约为地球的三分之一，这一发现进一步支持了对该行星成分约为一半岩石、一半冰的估计。卡戎的密度仅为冥王星的一半多一点，可能几乎完全由水冰构成。
毫无疑问，随着快速飞越任务的成形，其他地面或太空望远镜将艰辛地从冥王星身上获取更多信息，但新任务的近距离接触将把发现的速度从缓慢步行提升到全速奔跑。最终，冥王星观测者将能够近距离、亲身地向他们遥远的朋友提问。
冥王星会是什么样子？它的表面会喷发出氮冰或甲烷冰的泥浆火山吗？(1989年旅行者号飞过海卫一，就显示出火山活动。) 这颗行星的表面特征会是均匀的吗？(近距离观察火星，发现它具有双重性格——布满古老陨石坑的月球般南部高地，以及被古老河床切割并由高耸火山加冕的类似地球的动荡北部。) 曼哈顿大小的隐秘卫星是否在冥王星附近等待发现？(所有外行星都被发现拥有比地球望远镜能数清的更多卫星。) 它会有一个光环吗？(从木星到海王星的所有其他远行星都被发现拥有多个光环。)
“根据我过去参与行星任务的经验，”快速飞越项目的研究科学家理查德·泰瑞尔说，“关于冥王星的近距离接触，我唯一确定的一件事是——我们会被我们发现的东西惊呆。”
泰瑞尔喜欢“冥王星快速飞越”的双重性质。如果一切顺利，两艘航天器将以一年间隔抵达，从而能够观察正在形成的冥王星自然史。在最坏的情况下——比如第一艘飞船遭遇灾难——第二艘则随时待命，作为内置的备用。
“第一个将进行初步侦察并提出新问题——我们希望当第二艘航天器抵达并提供更多信息时能够回答这些问题，”特里尔说。这两艘飞船将允许对冥王星和卡戎进行一年间隔的延时摄影。它们将足够接近行星和月球，以提供两个天体两侧的高分辨率视图，可能看到直径小至半英里的细节。每艘飞船的精确接近距离尚未确定，但可能在6000英里左右。（第二艘飞船可能会被批准更近的接近，这取决于第一个飞船的发现。）尽管两艘飞船都将在大约一个小时内飞过，但它们的相机将在大约六个月后开始拍摄比哈勃图像更好的图像。
拟用于航天器的仪器包括可见光相机、测绘红外光谱仪、紫外光谱仪和用于将发现传回地球的无线电发射器。光谱仪将通过寻找穿过冥王星大气层和反射自行星地壳的阳光光谱中分子的“指纹”，评估行星大气层和表面的构成。大气层的温度和压力将通过一项无需重型设备的实验记录：在相遇期间，无线电信号将从地球向航天器广播。当航天器开始潜入冥王星后面时，来自地球的信号将直接穿过大气层，并会一直如此，直到这个微小的访客消失在行星的阴影中。由大气层引起的信号相位和幅度的失真可以转化为关于温度和压力的信息。
完工的航天器将结合军事和商业电子设备中最新的微技术。例如，使其保持航向的星际追踪器来自国防卫星，而紧凑型大功率计算机则类似于现在几乎无处不在的桌面计算机。设计图描绘的航天器是一个直径约五英尺的小型卫星碟形天线，置于一个带有火箭翼片（实际上是散热片）的音响设备架之上。它将只消耗与普通60瓦灯泡大致相同的能量，其动力来自机载放射性同位素热电发电机。这些是旅行者号及其他外行星任务中使用的钚动力热电能源，在昏暗的阳光下，太阳能电池板将毫无用处。
发射时，航天器满载后应轻于242磅，这样它就可以在泰坦四号/半人马座火箭的一次大力推动下，一直被推向冥王星。“我们考虑过从木星那里获得重力助推，”任务轨迹专家史黛西·温斯坦解释说，“但我们必须至少等到2001年，地球和木星才能对齐。如果我们绕金星转几圈，那里非常温暖，然后再飞向冥王星，那里非常寒冷，这会对航天器施加其他限制。轨迹越简单，任务就越简单。”例如，伽利略号探测器目前前往木星的任务，为了从金星获得一次助推和从地球获得两次助推，将其旅行时间增加了四年。伽利略号的设计中还需要添加精密的遮阳板，以在内太阳系提供热保护。“冥王星快速飞越”任务时间紧迫，发射重量受到严格限制，因此将像弹弓弹射一样，直接瞄准冥王星。
早期的宏伟构想是派遣装载仪器的冥王星轨道器，但这些很快就被放弃，转而采用更实用的飞越任务，其有效载荷紧凑，轨迹直接。温斯坦说，即使是一个小型轨道器，也会大大延长旅行时间，从预期的6到8年延长到至少18年。（快速旅行的探测器无法在冥王星减速到足以进入轨道。）科学家们坚持认为，探测器必须尽快抵达冥王星，才能在大气层尚存时对其进行研究。
在任务的最初大约五年里，每次飞越都只是与地球拉开距离；没有计划进行沿途科学活动，因为预计任何一艘飞船都不会经过任何已知的感兴趣天体。航天器相机将在抵达目的地前大约12到18个月首次开启眼睛并开始收集冥王星的图像。一旦抵达，它们将在冥王星和卡戎附近进行几个小时的近距离接触。然后，在闯过太阳系的第九重天后，这些小型航天器将无限期地继续前进，保持其航向直达前方。
考虑到我们等待了这么久才看到我们遥远的邻居，这是一次短暂的访问。但这应该足以实现信息收集的目标。可以将其设想为一次间谍行动，其中图像被迅速收集，然后在接触结束后缓慢分析。事实上，渴望的天文学家将等待大约六个月，才能以最节能的方式，以极其缓慢的速度将航天器上收集和存储的所有数据传输回地球。由于地球和冥王星之间的巨大距离，航天器天线的尺寸较小，以及数据传输所需的较低电功率（由设备的微小规模决定），传回地球的消息将大约每天一张图片。但仅仅想到其中一张图片就足以让冥王星爱好者们兴奋不已。
“经过几十年的缓慢前进，方向错误，”泰瑞尔反思道，“美国宇航局终于有机会再次迈向边疆。现在，那个边疆在40亿英里之外，在冥王星的轨道上，那就是我们要去的地方。”
