冥王星的危险

试试这个挑战。你的任务是穿针——但不是那种普通的缝纫针。问题中的针在五英里之外。无论你多快地推送针线，都需要 9.5 年才能送到。

当你的针线终于悬停在针眼前，完美对齐时，别沾沾自喜，因为一阵吹过的尘埃就可能磨损你的针线，毁掉你所做的一切。我有没有提到，如果你失败了，你将损失 7 亿美元？

现在你对“新视野号”的慢动作惊险情景有了大致了解。这艘美国宇航局的探测器目前正以每小时 35,000 英里的速度冲向冥王星及其巨大的卫星卡戎星。“我们必须在 450 秒内到达预定时间窗口，”首席研究员艾伦·斯特恩说。他曾是美国宇航局科学任务理事会的前负责人，目前在科罗拉多州博尔德市西南研究所任职。

“就距离而言，冥王星和卡戎星的轨道相距 20,000 公里 [12,000 英里]，我们必须在 1% 的误差范围内到达目标点。如果我们撞上任何即使是米粒大小的东西，都可能要了我们的命。”

人们可能会认为这是“新视野号”团队的休息时间。他们的航天器于 2006 年 1 月 19 日发射升空，直到 2015 年 7 月才会到达冥王星。现在，“新视野号”正在星际空间平稳巡航。但冥王星没有什么简单的，也没有什么可预测的。

一颗矮小的怪咖

无论如何衡量，冥王星都是一个奇怪而奇异的世界。当执着的太空侦探克莱德·汤博（Clyde Tombaugh）在 1930 年发现它时，他预计这是一个巨大的世界，能够扰乱外层巨行星天王星和海王星的轨道。然而，冥王星看起来只是外太阳系的一个不起眼的闯入者。随着每一次新的观测，它的估计大小和重量都在缩小。

今天我们知道它是一个矮子，直径只有 1,400 英里——是我们月球直径的三分之二。有一段时间，许多科学家甚至推测它是海王星逃逸的卫星。

在 20 世纪 90 年代，随着人们意识到冥王星只是柯伊伯带的成员之一——一个由成千上万（如果不是数百万）个微小冰冷天体组成的族群，它们围绕着太阳在太阳系的外围区域运行——对冥王星的看法再次转变。就像木星和火星之间的主带一样，柯伊伯带是由未能聚集成一个巨大世界的行星残余物组成的。

2006 年，国际天文学联合会剥夺了冥王星的行星称号，并将其重新命名为“矮行星”。斯特恩，这位孜孜不倦地倡导冥王星重要性的人，认为矮行星仍然是行星。约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的哈尔·韦弗（Hal Weaver），与斯特恩在新视野号项目上合作，则走向了另一个极端，他形容冥王星“在某些方面就像一颗巨大的彗星”。

冥王星分类的持续困难是可以理解的：它不像人类曾经近距离研究过的任何天体。它侧着旋转，这意味着一个半球沐浴在阳光下一百多年，而另一个半球则陷入黑暗。在这个夏歇期，遥远的太阳，距离仍然超过 28 亿英里，将冥王星的表面蒸发成一层暂时的大气层，而这层大气层可能在几十年后再次冻结。

它遵循着一条奇特的、椭圆形的轨道——与其他行星不同，但与柯伊伯带天体典型情况一致——有时它会比海王星更接近太阳。就连卡戎星，冥王星的主要卫星，也是个特例。它的宽度是冥王星的一半多，如此之大，以至于这对天体更应该被描述为双行星——或者双矮行星，或者双柯伊伯带天体，或者无论天文学家下次决定怎么称呼它。

为了更好地理解这个怪咖系统，韦弗和斯特恩与一个合作团队一起预订了哈勃太空望远镜的时间，寻找冥王星周围的额外卫星。2005 年，他们发现了两颗，每颗直径约 50 英里，后来分别命名为 Nix 和 Hydra（部分是为了纪念“新视野号”飞船）。

“那时，冥王星系统从一对变成了四重系统。它变得有趣多了，”斯特恩说。即便如此，当“新视野号”一年后发射时，“你大概可以把我们当时所知道的关于冥王星的一切都写在一张纸上，或者一篇短篇维基百科文章里。”

接下来的突破——以及令人紧张的开端——发生在 2011 年和 2012 年的夏天，当时进一步的哈勃观测发现了另外两颗卫星，尚未命名，被指定为 P4 和 P5。

“在发现 P4 之后，我很快就对‘新视野号’团队说：‘我担心了。我们现在是不是面临着危险问题？’”斯特恩回忆道。危险不在于卫星本身，它们很小（直径大约十几英里），而在于它们坎坷的命运。

柯伊伯带中漂浮的任何垃圾，如果碰巧击中其中一颗卫星，都会激起一团碎片。由于这些卫星非常小，碎片会直接飞离它们的表面并进入冥王星的轨道。经过数十亿年，这颗矮行星可能已经积累了一层厚厚的弹片。

设计“新视野号”的科学家和工程师并没有预料到这种情况。由于探测器正以近 10 英里/秒的速度前进——这是航天器所能达到的最高速度之一——任何与弹片碎屑的接触都可能带来灾难。“如果它切断了燃料管线，那就糟了；如果它进入主计算机并击中一块电路板，那就不好了；如果它击中相机，那也不好。几乎没有地方是被击中后会没事的，”斯特恩以一种习惯性的镇定说道，他已经想了很多次这样的清单。

失败不是一个选项

因此，在航天器到达目的地前的整整两年，新视野号团队正在努力工作。应对碎片威胁的一种方法是向前看，通过航天器的相机寻找这颗矮行星周围的额外卫星。如果他们发现了任何卫星，任务科学家就可以规划一条经过冥王星的新飞行路线（他们已经制定了几条），“新视野号”可以在定于 2015 年 7 月 14 日进行最近距离遭遇前的 10 天内微调其路径。

如果情况看起来特别糟糕，探测器可以采取防御姿态，将主无线电天线向前指向，作为临时的流星盾。这样做会牺牲近距离飞掠期间的一些令人兴奋的观测，但斯特恩语气坚定地说：“如果你面临一项选择：是进行一次科学观测能力下降但仍然非常精彩的遭遇，还是任务彻底失败——你会选择哪个？”

作为最后的故障安全措施，他和他所在的团队还重新编程了“新视野号”的机载计算机，以便在主要遭遇前两天和一天将大量数据下载回地球，确保研究人员即使探测器被炸得粉身碎骨，也能收到关于冥王星及其卫星的大量信息。

有趣的是，正是那些使“新视野号”任务如此危险的发现，也使其具有科学上的激动人心。所有那些围绕冥王星运行的小天体意味着它一定有一个动态的历史。也许卡戎星和较小的卫星是在一次巨大的碰撞中形成的，就像理论家认为地球的月球是在 45 亿年前地球与一颗火星大小的天体碰撞后形成的。

柯伊伯带可能最初要拥挤得多，但随着与外行星的引力相互作用将许多在那里运行的天体弹出，它逐渐变得稀疏。其中一些被逐出的天体撞击地球，带来了可能填满我们星球海洋的水。（即使在今天，柯伊伯带也是一些划过我们天空的彗星的来源。）我们之所以能活着，部分原因可能就是那些塑造了冥王星及其卫星的宇宙弹球游戏。

也许正是那种狂野的历史解释了为什么冥王星今天看起来如此奇特。我们迄今为止有限的观测显示，冥王星的景观斑驳陆离，亮度各异，颜色也从一个地方到另一个地方差异很大。事实上，冥王星的对比度比太阳系中的任何行星都要极端。

尽管卡戎星的大小与冥王星相近，但它似乎被水冰覆盖，而冥王星则显得更加红色，并被冷冻的氮、甲烷和一氧化碳覆盖。它们以某种方式朝着非常不同的方向进化。韦弗仍然希望冥王星甚至可能在地质上仍然活跃，其表面被冰火山作用塑造：不是由岩浆驱动的喷发，而是由融化或沸腾的冰驱动的。

假设“新视野号”能成功完成主要任务，未来还有更多冒险等待着。如果团队能找到一个合适的目标（并且如果还有足够的燃料），这艘探测器将在未来几年内飞掠一个或多个小柯伊伯带天体——冥王星的“表亲”。在此过程中，这艘航天器将对这些外太阳系居民中的 10 个或更多进行远程扫描，看看它们是否也像冥王星一样拥有拥挤的卫星系统。

有强烈的动机希望尽可能长时间地让任务继续下去。2015 年之后，美国宇航局的行星任务阵容看起来很有限；“新视野号”的后续任务至少要几十年后。然而，斯特恩并不悲观。他预计来自冥王星飞掠的结果将是世界上最棒的圣诞礼物。“我会在之后的一周因为没有更多的礼物可以打开而沮丧吗？”他难以置信地问道。“不，我会把这些礼物玩上好几年。”