科學家終於首次見到64億公里外的原始太陽系。

藝術家為這次歷史性飛掠任務所繪製的插圖。美國航太總署(NASA)的新視野號(New Horizons)太空船正飛越一顆暱稱為「天涯海角」的小行星2014 MU69。ILLUSTRATION BY NASA/JHUAPL/SWRI

馬里蘭州勞雷爾市(LAUREL, MARYLAND)──在2018年最後的一個晚上,在距離地球64億公里外,正在舉行一場太陽系裡最盛大的跨年派對。美東時間1月1日0點33分,美國航太總署(NASA)的新視野號(New Horizons)探測器飛掠一顆名為「2014 MU69」的小行星。這顆小行星又名「天涯海角」(Ultima Thule,發音為UL-tee-ma TOO-le),是人類到目前為止到訪最遙遠且最原始的地方。

由於從太空船傳回的訊息得要經過非常遙遠的距離才能抵達地球,新視野號的團隊成員無法立即確認這次的飛掠任務是否成功。早上10點30分才剛過,在迪士尼(Disney)布魯托(Pluto)狗狗布偶的陪伴下,確認訊號傳回來了,負責新視野號子系統的各個團隊開始陸續回報進度。

當有位科學家宣布「SSR指示器就在我們預測的位置」──意思是新視野號收集到預定計畫要觀測的資料時,任務控制中心外聚集了的人群裡爆出了熱烈的歡呼聲。

「新視野號探測器一切正常,我們剛完成了人類史上最遙遠的飛掠任務,」任務運作經理愛麗絲.鮑曼(Alice Bowman)笑著說道。

在十個小時之前,新視野號才以每秒16公里的速度迅速飛掠MU69,拍攝下許多影像,迎來新的一年。至於在地球上,數百名熱切關心的人群、記者、學者和工程師齊聚在馬里蘭州約翰.霍普金斯大學應用物理實驗室(Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory )的科西亞科夫中心(Kossiakoff Center),慶祝這個遙遠的偉大任務,還有大家事後才意識到的── 2019年的到來。

「這可能是我所能想像最怪咖的跨年夜,」當天下午的人群中有人這麼打趣地說。

當時的場面非常熱鬧,穿著太空裝的小孩在會議中心裡東奔西跑,有些人則戴著印有「新年快樂」的帽子,帽子上還別著新視野號的任務徽章。人群中還包括對新視野號有所貢獻的科學家--皇后合唱團(Queen)的吉他手布萊恩.梅(Brian May)甚至為這個任務寫了一首單曲。由於美國政府正在停擺期間,無法以官方身份發言的美國航太總署官員,則是利用自己的休假時間出席這項活動。

「我只是一名行星科學家,在這樣的行星探測活動中,什麼事也無法阻止我,」美國航太總署行星科學部門的負責人吉姆.葛林(Jim Green)說道,「一切都有關於最新的探索和發現;完全都是人類前所未見的景象。」

第二天早上,人群再度回到會議中心,空氣中充滿了期待的氣氛。新視野號成功了嗎?當鮑曼表示太空船狀況良好,人群開始歡呼,一個接一個地起立鼓掌。

「這種感覺就像是,天哪,我們已經開過慶祝會了,但我們根本還沒有收到訊號,」鮑曼在新視野號飛掠後的記者發表會上著這麼說道,「我這次可能更緊張些──但我們再度成功了!」

一起搖滾吧!

2006年1月19日,我們往太陽系的外緣發射了新視野號太空船,不過才經過短短的13個月,太空船就加速飛越了木星。雖然太空船獲得木星強大的行星重力助推,還是得再飛行超過32億公里的距離,才能抵達冥王星。最後新視野號在2015年7月14日,以驚人的方式揭露了這顆古柏帶(Kuiper belt)王者和隨從衛星的真正面貌。

新視野號在冥王星系統寫下歷史新頁之後,也成為有史以來第一艘所飛掠的天體是在發射後才發現的太空船。當2014年新視野號航向主要目標冥王星時,天文學家利用哈伯太空望遠鏡(Hubble Space Telescope)找到了2014 MU69,這個天體非常昏暗,軌道接近圓形,每297個地球年才會繞行太陽一圈。

「我們根本不了解這個天體,這整件事實在太瘋狂了,」發現MU69的天文學家馬克.布伊(Marc Buie)這麼說。

MU69與太陽的距離超過64億公里,是目前人類所探索的天體中最遙遠的一顆。而且由於它可能從45億年前形成以來,就已經處於目前的軌道,因此成為絕佳的時空膠囊,讓我們得以窺見構成太陽系行星的原始物質。

然而,MU69也正因為這些科學上的誘人之處,成了比冥王星更難以造訪的天體目標。由於與太陽的距離非常遙遠,我們很難看到它。MU69的正中午,比地球的黃昏還要更為暗淡,表面反光的程度和瀝青差不多。它的遙遠距離同時也意味著,我們從地球發出的訊息要花六個多小時才能抵達太空船。最重要的是,MU69是顆很小的天體,寬度可能只有24到32公里之間。

「我無法保證任務一定會成功;我們讓這艘太空船的能力發揮到極限了,」新視野號的主要研究負責人艾倫.斯特恩(Alan Stern)在上週一的新聞發布會上這麼警告, 「新視野號沒有第二次機會。」

勢不可擋

在這次的飛掠任務之前,研究者對MU69幾乎一無所知。MU69是兩個相互環繞的天體嗎?還是兩個緊密接觸或形似馬鈴薯的天體呢?為何它會呈現淡紅色?上頭有多少隕石撞擊留下的坑洞呢?

在飛掠冥王星的過程中,新視野號團隊有六個月的時間看著這顆矮行星從一顆像素慢慢放大成為一個擁有活躍地質的冰雪仙境。但MU69的飛掠任務就不同了,在上週一的新聞記者會上,新視野號團隊發表了在飛掠任務前所拍攝到的最佳影像:一個兩像素寬的細長斑點,這讓大家都很驚訝。

「當這張影像首度公布時,我從來沒看過有這麼多人會對兩個像素如此激動,」斯特恩說道。

一旦鮑曼的團隊證實了太空船目前狀況良好,她和同事就根據飛掠前所拍攝到的最後影像,揭露MU69的最新資訊。

現在,科學家可以確定MU69的形狀像是個保齡球瓶,由兩個橢圓形的球體組合而成。研究團隊還計算出MU69每15或30小時自轉一圈,且自轉軸朝向地球,看起來就像是個面對著地球的螺旋槳。因此,我們總是看到MU69被太陽照射到的那半面,這也解釋了為何MU69在每次自轉時,不會像科學家原本所預期的那樣,亮度會變亮後再度變暗。在未來幾天,新視野號將會傳回更高解析度的影像。

「即使傳回的影像可能還是一團像素,但也會更加清晰,」新視野號的計畫科學家哈爾.威沃爾(Hal Weaver)這麼表示,「明天或後天,一切就會揭曉了,『天涯海角』將會成為一個真實呈現在我們眼前的天體。」

更新:在飛越前半小時,新視野號在距離MU69約2萬9000萬公里處用LORRI望遠鏡拍下了的它的實體影像。這顆冰凍世界是目前太空船所造訪過最遙遠的物體。 照片的原始比例約每像素224公尺。PHOTOGRAPH BY NASA/JOHNS HOPKINS UNIVERSITY APPLIED PHYSICS LABORATORY/SOUTHWEST RESEARCH INSTITUTE

如果你是搭乘著新視野號飛往MU69的旅客,那麼一直要到最接近這顆天體的前幾個小時,你才有辦法以肉眼看到它。遠處會突然出現一個淡紅色的小點,迅速變亮並且膨脹到像是地球上所見滿月的大小。

然後,就在它出現的那一刻,由於你的速度超過每秒14公里,它也會迅速消失在黑暗之中。在這趟想像的旅程之中,你或許會覺得MU69根本就不存在──直到你仔細檢查太空船剛剛拍攝到的最新影像數據。

「這個天體令人傷透腦筋,既興奮又緊張不已──一切發生的速度太快了,」西南研究所(Southwest Research Institute)的科學家約翰.斯賓塞( John Spencer)是新視野延伸任務的計畫科學家,他在飛越前的幾個小時如此表示,「不過才幾天的時間,我們對這個天體的認識,就從一無所知變成什麼都知道了……,哇!我們已經在這裡了嗎?」

↑↑↑↑↑飛越冥王星,揭祕奇異地形!

新視野號所收集的全部測量數據,將透過功率僅有白熾燈泡四分之一的無線電發射器,以每次數個位元的速度,花上20個月的時間,才能全部抵達地球。第一批送回的數據將能幫助我們繪製出MU69的表面,並搜尋周圍是否有任何的小型衛星存在。MU69的最高解析度影像,則要到2019年2月才會傳回地球。

「這項任務總是帶給我們遲來的喜悅,」斯特恩打趣道。

繼續前行

現在新視野號已經飛掠MU69,但它並不會就此停止前行的腳步,而是猛踩油門,全速前進,繼續以每小時超過5萬1000公里的速度,朝著太陽系外緣飛奔而去。

新視野號將在旅途中持續進行科學研究。新視野號上的塵量計將延續航海家號(Voyager)探測器的工作,繼續記錄外太陽系的灰塵濃度。此外,新視野號還將利用LORRI望遠鏡的鏡頭,從極為特殊的位置--古柏帶內部,拍攝與MU69類似的小行星。由於有機會從側面或甚至背面拍攝MU69這類的天體,新視野號將以前所未有的詳細數據,幫助科學家推測這類天體的表面特性。

不過,新視野號的最終目標是飛掠另一顆古柏帶天體,目前科學家還沒找到合適的目標。現在,團隊科學家正積極地使用位於智利的托洛洛山美洲際天文台(Cerro Tololo Inter-American Observatory),在太空中尋找類似MU69的天體,作為新視野號下一個探測的目標。研究團隊可能還會嘗試使用新視野號上的設備,來搜尋下一個目標天體,這樣的策略並不在原本的設計之中。如果成功的話,新視野號將成為首個自行發現探索目標的探測器。

「成功的可能性很低,不過仍然值得嘗試,我們會努力看看,」新視野號的團隊成員──西南研究院的博士後研究員凱爾西.辛格爾(Kelsi Singer)說道。

研究團隊如果能夠越早找到目標越好。隨著每個星期或是每個月的時間流逝而去,新視野號在MU69附近能夠造訪的區域也就越小。上頭的放射性同位素產生器像是個熱水瓶,裝滿了不斷衰變的高溫鈽元素,隨著更多的鈽分解,太空船的功率也會越來越低。當新視野號飛掠冥王星時,它還能提供200瓦的總功率,而現在已經降到190瓦了。

到了2030年代的某個時間點,將會有更多的鈽衰變,那時的新視野號無法再維持敏感電子元件的溫度。在寒冷的終點來臨之前,太空船的無線電發射器將會跨越時間和數十億公里的空間,從鄰近的太空邊緣把數據傳回地球。

「這將是場冷酷的死亡,但至少我們還會聽到它最後的呢喃,」新視野號團隊成員--西南研究所的行星天文學家艾力克斯.帕克(Alex Parker)這麼說。

宇宙小王子

幸運的是,新視野號只是全球航太機構往太陽系小天體發射的眾多探測器之一。從2014年到2016年,歐洲太空總署( European Space Agency)的羅塞塔號(Rosetta)探測器讓我們得以一窺67P彗星的驚人影像;日本的隼鳥2號(Hayabusa2)探測器最近才抵達龍宮(Ryugu)小行星,並向小行星表面釋放出兩個冰球大小的著陸器。

就在新視野號飛掠MU69的數小時之前,美國航太總署的歐西里斯號(OSIRIS-Rex)探測器成功進入貝努(Bennu)小行星的軌道。這搜探測器將於2020年在貝努小行星的表面採集樣本,並於2023年返回地球。

還有很多類似的太空任務正在進行中,斯特恩的同事──西南研究所的行星科學家哈爾.李文森(Hal Levison)目前就領導了前往特洛伊小行星(Trojans)的露西(Lucy )任務。這群小行星群聚在木星環繞太陽軌道的後方和前方,有些科學模型認為特洛伊小行星是在早期太陽系邊緣的寒冷外盤所形成的,因此它們可能與MU69非常相似。

同時,亞利桑那州立大學(Arizona State University)的科學家林迪.埃爾金斯-坦頓(Lindy Elkins-Tanton)則是領導了美國航太總署的靈神星(Psyche)任務。這項任務將造訪問與其同名的小行星--至少有95%由金屬組成的巨大天體。科學家認為這個天體可能是原行星的核心,是因早期太陽系的災難性撞擊,使原行星的外殼剝離而成為今日的樣貌。

對亞利桑那州立大學的科學家埃爾金斯-坦頓來說,新視野號和美國航太總署的其它小天體探測任務,都代表科學上的巨大躍進。

「這就是現在人類探索的方式,用最大膽、最驚人的方法,」她這麼表示,「我們以不可思議的技術,將太空船發射到64億公里之外的太空,而且事情都很順利。」

 

撰文:Michael Greshko

編譯:林宇威

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