太陽系最遠處 人類發現了一顆有心 的星球 真相到底是什麼

1929年 一位家住農村的高中畢業生走進了天文臺 他說他想當一位天文學家 天文臺主管驚了 你一個高中生想當天文學家 這個夢想是否有點不着邊際呀 這位23歲的年輕人叫克萊德湯伯 是堪薩斯州一位普通農場主的孩子 於是湯伯向主管講起了自己的經歷 他是一位狂熱的天文愛好者 高中時就在自家後院裏 手搓了一臺天文望遠鏡 用的是農場淘汰的舊農機和汽車零件 他靠自學掌握了觀星技能 還練成了一手漂亮的天文手繪圖技術 主管對他的能力將信將疑 但還是給了湯伯一個工作機會 誰也想不到 就在一年後 這位高中畢業生 開啓了20世紀最重要的天文發現之一 而這個發現 重塑了人類對太陽系的認知 有關這個激動人心的故事 我們還得從頭說起 時間要回溯到19世紀末 在發現海王星之後 天文學家注意到 天王星和海王星的軌道 仍然存在了一些微小的擾動 這顯然是引力的作用 一個大膽的猜想誕生了 在海王星之外 還存在着一顆未知的行星X 一位波士頓富商對此深信不疑 他叫帕西瓦爾·洛維爾 1894年 洛維爾在亞利桑那州弗拉格斯塔夫 建立了洛維爾天文臺 1906年 他發起了搜尋行星X的計劃 此後的十幾年裏 洛維爾和他的同事們 拍攝了無數張夜空照片 卻始終一無所獲 1916年 洛維爾去世後 搜尋工作就中斷了 13年後 前面咱們講過的克萊德·湯伯 加入了洛維爾天文臺 他每天都在幹啥呢 說白了就是找不同 他得成對的拍攝夜空照片 然後用一種叫閃示比較儀的傢伙 一張一張比對 照片裏有沒有位置改變的天體 這活枯燥到什麼程度 成千上萬顆星星 兩張照片上幾乎一模一樣 你得從裏頭揪出那麼一兩個 動了的傢伙 可能是行星 也可能是小行星 還有可能是彗星 換成一般人 三天就崩潰了 但湯伯就這麼日復一日的 盯死在儀器前 跟星星死磕 1930年2月18日下午 這一天與往常沒有什麼不同 湯伯把兩張底片 放入閃示比較儀 來回的快速切換 絕大多數星點 都在閃動中保持不動 當湯伯把1月23號 和1月29號拍的兩張照片 進行比對時 他突然發現 在雙子座附近的一個小光點 發生了位移 爲了確認這個發現 湯伯在接下來的幾周內 繼續拍攝同一個區域 到3月初 湯伯終於確認 這個小光點 就是洛威爾窮盡一生尋找的 行星X 1930年3月13日 發現行星X的電報 發往了哈佛大學天文臺 巧合的是 這天也正好是洛威爾的生日 消息一出 全世界都震動了 太陽系終於發現了第九大行星 它讓公衆第一次真切意識到 太陽系並不是到海王星就結束 而是還有更外層的世界 克萊德湯伯 作爲一名高中畢業生 卻發現了第九大行星 這意味着科學的門檻 不完全由學歷決定 而是由方法 耐心與時代機遇決定的 1930年5月1日 冥王星這個名字正式官宣 並一直以太陽系第九大行星的稱謂 對公衆進行科普 時間來到1990年代 美國航空航天局NASA 打算啓動探索冥王星的計劃 結果經費超支 最後取消了 沒想到這個決定 遭到了天文學界的強烈反對 美國行星學會 甚至發動了 拯救冥王星探索的運動 情緒一傳十 十傳百 世界各地的天文愛好者 也紛紛站隊 NASA沒扛住輿論壓力 在2001年 宣佈重啓冥王星探測 不過條件很苛刻 一是必須在2015年前 飛到冥王星 二是預算不能超過5億美元 前者意味着 這玩意得比人類所有的探測器都快 後者更狠 預算直接砍掉一半 最終勝出的是 愛倫斯特恩領導的團隊 他們拿出的方案叫 新事業號 從誕生的那天起 就帶着一股悲壯的宿命感 爲了在有限的預算裏 跑出最快的速度 愛倫團隊做了兩個大膽道 有點瘋狂的決定 第一隻發一艘飛船 按NASA以往的慣例 首次探索某顆行星 都是雙冒險 發射兩艘一樣的探測器 比如旅行者號兄弟 就怕一艘掛了 全軍覆沒 但愛倫說 我們就發一艘 省下一大筆錢 當然前提是技術得硬核到 能把失敗風險壓到最低 第二不裝剎車 要想在冥王星那減速進軌道 得額外帶上千公斤的燃料 成本翻倍不說 飛行時間 直接從9年變成40年 等飛到那兒 估計當年立項的人都退休了 與其耗40年 不如用最快的速度衝過去 測完就走 永不回頭 時間來到2006年1月19日 在佛羅里達州卡納維拉爾角 一枚阿特拉斯五型火箭騰空而起 將新事業號送入太空 它的起飛速度高達每秒16.26公里 是迄今爲止 人類發射的速度最快的航天器 發射後僅9小時 它就飛過了月球 與之對比 當年阿波羅飛船可是飛了整整三天 即便如此 它仍然要飛行9年半 才能抵達那個遙遠的目標 新事業號的外形像一架三角鋼琴 主體尺寸長2.1米 寬2.7米 高0.7米 它配備了用於拍攝可見光的 遠程勘測成像儀LORRI 繪製彩色地圖的可見光 紅外成像光譜儀ROLF 研究太陽風的SWIP 探測大氣成分的紫外成像光譜儀ALICE 等等最先進的科學儀器 特別要重點提到的 新事業號上還有一位特殊的乘客 1930年 發現冥王星的天文學家 克萊德·湯伯的28顆骨灰 那個來自鄉下農場 用自制望遠鏡探索宇宙的人 爲了紀念這位了不起的天文學家 人們將他的骨灰放在了新事業號中 讓他能夠與冥王星做一次近距離的接觸 但是天有不測風雲 正當人們目送着新事業號遠去的時候 一件轟動全球的科學事件發生 冥王星一夜降級 從第九大行星降成了矮行星 就這麼跟行星家族說拜拜了 這到底是怎麼回事呢 咱們得先問一個更根本的問題 到底啥是行星啊 行星的原意 是在漫天星斗中未知會改變的星 一開始只有五顆行星 金木水火土 這五顆行星人用肉眼就能觀察到 但是從伽利略發明望遠鏡後 太陽系一下子就熱鬧起來了 1781年發現了天王星 1846年又找到了海王星 再加上地球行星家族擴展到了八個 真正讓人頭疼的是1801年 天文學家在火星和木星之間 發現了古神星 一開始挺高興 以爲又是一顆行星 結果沒過多久 同一片區域 接二連三蹦出來幾十個 差不多的球狀天體 這就尷尬了 要是圍着太陽轉的球都算行星 那名號不抵爛大街啊 於是天文學家們一合計 得把這些小個子的天體單獨拎出來吧 就叫小行星 這是人類第一次給行星分類動刀子 原來行星定義這事兒 從來就不是一成不變的 隨着觀測技術進步 標準也得跟着升級 回到冥王星 天文學家慢慢發現 這顆星怎麼跟其他八個兄弟的畫風不太一樣呢 第一個問題 它也太小了吧 冥王星的直徑只有2377公里 這是什麼概念啊 咱們的月球直徑啊 3476公里 也就是說它比月球還小 小歸小啊 萬一人家密度大 質量夠頂呢 1978年 天文學家發現了冥王星的衛星卡戎 通過兩星的引力一算 冥王星的質量只有地球的0.2% 對比一下月球還有地球的1.2%呢 把它放進八大行星裏 簡直就是老鼠混進了大象群 你說尷不尷尬 再看冥王星的軌道更是離譜 太陽系其他的行星啊 都聽守規矩 軌道基本在一個平面上 傾角也就幾度 冥王星呢 直接給你來了個17度大傾角 更絕的是 它的軌道還是一個超級大橢圓 近日點呢 44億公里 遠日點74億公里 整整差了30億公里 冥王星繞太陽一圈要248年 其中有20年裏 比海王星離太陽還近 這個操作啊 就問還有誰 冥王星的衛星卡戎也是個大奇葩 卡戎的直徑超過了冥王星的一半 質量呢是它的八分之一 它們的質心並不在冥王星內部 而是懸在兩者之間的太空中 兩個星球像一對鎖死的五瓣 相互圍繞着旋轉 以至於很多天文學家認爲 冥王星和卡戎啊 應該被看作一個雙矮行星系統 1992年 天文學家終於實錘了一個猜了好久的猜想 在海王星軌道外面 藏着一個由冰凍小天體形成的巨大環狀區域 叫科伊伯代 你可以把它理解成太陽系蓋房子 剩下的建築垃圾場 而冥王星正好就在這個垃圾場裏頭 2003年壓死駱駝的最後一根稻草來了 麥克布朗團隊發現了細神星 好傢伙 質量竟然比冥王星啊 還大27% 緊接着鳥神星 刃神星也陸續冒出來 這下徹底亂套了 要是冥王星算行星啊 那科伊伯代裏的這些天體算不算行星呢 這麼搞下去 太陽系不得有幾十個行星 爭議終於爆發了 2006年8月 國際天文學聯合會在布拉格召開了大會 來自全球的天文學家們激烈辯論 最終通過了一項具有歷史意義的決議 重新定義行星 新的定義包含三個嚴格條件 第一 必須圍繞着太陽公轉 第二 自身的引力足夠大 能將自身拉成近似球形 第三 必須要清空軌道附近的區域 冥王星滿足前兩條 但它偏偏位於天體密集的科伊伯代 根本沒有能力清空軌道 更重要的是 它的近日點居然在海王星的內側 與海王星處在三分之二軌道共振 它連自己的地盤都沒有 怎麼能算行星呢 這就是冥王星被劃歸爲矮行星的由來 新世野號命運多舛 本以爲是探索行星 沒想到剛剛出發 探索者就降格成爲了矮行星 但它仍然帶着全人類 探索宇宙的期望奮勇前進 2007年2月 新世野號路過木星 蹭了一波這顆巨行星的引力彈弓 速度直接從每秒16公里 飆到了21公里 此後它進入漫長的冬眠 2015年1月 新世野號終於從距離地球約47億公里外 傳回了第一組冥王星的圖像 當這些模糊的像素點傳到地球的時候 天文學家與全世界的天文愛好者都沸騰了 2015年7月14日 萬衆期待的時刻終於來臨 新世野號探測器 以每秒14公里的速度 從距離冥王星12500公里處呼嘯而過 這是人類有史以來 第一次如此近距離地觀測這顆神祕的星球 所有一切都按照預設的程序瘋狂工作 他們不顧一切地記錄着這顆星球的每一個細節 首先映入眼簾的居然是一顆心 一個巨大的 潔白的 完美的心性區域 橫跨在冥王星赤道北側 寬度足足有1600公里 沒有任何的隕石坑 光滑得不可思議 那一刻 新世野號上裝着湯勃骨灰的小小金屬罐 好像也輕輕地震顫了一下 當年是他在膠片與星圖之間 第一次在宇宙深處認出了這個遙遠的光點 如今 他終於抵達了這片一生中的夢想之地 新世野號一共採集了400張高分辨率的冥王星照片 攢了6個多G的科學數據 這些數據從50億公里外傳回地球 而下行速率只有1到4K每秒 這是啥概念啊 比上世紀90年代的撥號上網還慢 NASA愣是等了15個月 才把這份來自深空的大禮包全部收齊 接下來就是開盲盒的時間 科學家們一層層的揭開數據 他們發現 冥王星遠比想象中更加活躍 它的表面有巨大的冰火山 有流動的彈冰冰川 有高聳的水冰山脈 最高的山峯高達3500米 而這些山脈的形成時間還不到一億年 那片讓所有人破防的新型區域 後來被正式命名爲湯博區 它的西側是一片明亮的冰原 被命名爲斯普特尼克平原 寬度約爲1000公里 它的主要成分是彈冰 這片彈冰平原上沒有隕石坑 取而代之的是巨大的多邊形蜂窩圖案 科學家分析 這是由冥王星內部微弱的熱流 驅動彈冰緩慢對流形成的 就像一鍋慢燉的蛋粥 不斷癒合着隕石撞擊的傷痕 這說明什麼 說明直到今天 冥王星的心臟還在跳動着 它是一顆地質上依然活躍的星球 科學家還大膽猜測 在這片冰原底下 可能藏着一個巨大的地下海洋 由水和氨組成的 保持着液態 就這麼靜靜的躺在零下200多度的地表之下 冥王星的大氣也讓人驚歎 它的大氣主要由氮氣 甲烷和一點點一氧化碳組成 地表氣壓只是地球的十萬分之一量級 最絕的是它會隱身 冥王星繞太陽轉一圈 要248個地球年 在遠日點時 溫度低到氮氣、甲烷都凍成冰 大氣直接凝結成霜雪降落回地面 等靠近太陽 表面一升溫 這些冰又昇華成了氣體 大氣層就又重現了 跟變魔術似的 新視野號還仔細觀測了冥王星的衛星系統 看到這張衛星卡戎的照片 你是不是也第一眼就被那頂小紅帽給吸引了 目前的主流觀點認爲 這些紅色物質正是來自冥王星的大氣 我們可以把它們的關係 想象成一場持續數億年的宇宙級的化學傳奇 冥王星引力小 大氣層一直在往外跑 但巧就巧在卡戎離冥王星只有1.96萬公里 與之相比 地球到月球的平均距離是38萬公里 卡戎與冥王星太近了 所以卡戎就像一把引力傘 能把冥王星飄過來的氣體給截胡一部分 爲啥紅帽子在卡戎的北極 因爲這裏溫度能低到零下257攝氏度 是個天然的冷景 冥王星飄過來的甲烷分子 一到這兒就被凍成了固體 想跑都跑不掉 等到卡戎北極長達百年的冬天熬過去了 極地重建陽光的時候 紫外線便開始加工這些冰凍的甲烷 就像把糖慢慢的烤成了焦糖 原本無色的甲烷被轉化成了紅褐色的複雜有機物 科學家們稱它們爲脫磷 在短暫的極地下集 固態甲烷會再次蒸發掉 但那些被加工過的更重的紅色脫磷卻留了下來 幾億年時間後 卡戎的北極就被戴上了這頂又大又紅的小紅帽 也就是說 這兩個星球不僅共舞 還在某種意義上同呼吸 共命運 這些都是新視野號爲我們帶回來的星球數據 當它飛躍冥王星後回望這顆星球時 它還爲我們留下了另一幅經典的影像 太陽從背後照亮冥王星的輪廓 淡藍色的薄霧環繞着整個星球 如夢似幻 新視野號完成了探測冥王星的使命 但它的旅程並沒有結束 它將繼續深入科伊伯代 探索那片更遙遠更神祕的太陽系第三區 據估計 這片區域裏直徑超過一百公里的天體至少有十萬個 還有數十億計的更小天體 這些天體是什麼呢 在46億年前 當太陽系各大行星逐漸形成時 那些沒能成長爲行星的殘渣 就被木星和土星的引力拋射到太陽系最邊緣的角落 被封存在那個永恆的冰窖裏 因此科伊伯代的天體保存着太陽系形成之初最原始的信息 探索它們就像在考古太陽系的童年 新視野號團隊開始用哈勃太空望遠鏡 爲探測器尋找下一個目標 2019年1月1日 新視野號已經飛到距離太陽65億公里的地方 在那裏 它遇到了人類探測史上最遙遠的目標 天涯海角 學名叫阿羅科斯 它有兩個扁平的球體粘在一起 總長度約36公里 形狀像個紅色的雪人 而阿羅科斯保存着太陽系形成之初最原始的信息 是行星形成過程的活化石 在飛掠天涯海角後 新視野號繼續深入科伊伯代 它攜帶的塵埃計數器SDC 發現了一個驚人的事實 在距離太陽約60個天文單位 90億公里的地方 宇宙塵埃的密度居然比預期的更高 科學家原本認爲 科伊伯代的天體和塵埃的密度 應該在約50個天文單位處開始下降 但新視野號的數據表明 科伊伯代可能延伸到80天文單位 甚至更遠 2023年9月 NASA科學任務理事會副局長尼古拉福克斯宣佈 由於新視野號的壽命大於預期 它的任務將延長至離開科伊伯代 預計時間爲2028年至2029年 爲了帶回太陽系最外圍的宇宙數據 新視野號不得不關閉了它的大部分探測器 2026年1月26日 在新視野號發射升空20年07天后 美國宇航局發佈了新視野號整體的運行情況 此時它已經飛行了97.6億公里 因爲太陽引力的減速作用 它的速度已經從發射時的每秒16.26公里 降到了每秒13.5公里 隨着RTG功率衰減 2020年代後期到2030年代中期 將逐步的關閉更多儀器 通信能力也會下降 最終在2030年代中後期進入極低功耗 且難以穩定指向通信的階段 在那以後 它只會偶爾的發揮一些工程數據 報告自己還活着 但新視野號不會停下 它將繼續飛行 預計於2038年抵達日球層頂 那是太陽風中置吹拂之處 是太陽系與星際空間的邊界 穿越日球層頂後 新視野號將進入星際空間 就像旅行者號那樣成爲人類文明的使者 在無盡的宇宙中永遠飄流