天王星是距离我们第二远的太阳系行星,距离我们在17.38~20.23 AU(天文单位,1 AU约1.5亿千米)之间变化。那里是一个冰冷的世界,表面温度只有47 K,也就是-226 ℃。
所有的地外行星还没有人类的足迹到过,但无人探测器带着人类的“眼睛”都到过。1986年,NASA发射的旅行者2号无人探测器,经历8年多时间的太空跋涉,从天王星附近掠过,最近时距离天王星大气层顶81500千米。
旅行者2号的探索,新发现了10颗卫星,并拍摄和探测获得大量天王星资料后远去。此后,再也没有任何人类踪迹光顾过天王星。现在,NASA准备重启天王星探测计划,会是一个什么样的计划呢?我们一起来了解一下。
古代人们只发现了金木水火土等五颗地外行星,因为这五颗行星依靠肉眼就能够看到。后来人类发明了望远镜,就可以看见更远的行星了。
1781年3月13日,英国天文学家弗里德里希·威廉·赫歇尔在自己住处的庭院中,用自制的望远镜观察星空,看到了一颗会移动的新星星。开始他认为是一颗彗星,并将这个发现报告给了英国皇家学会。
经过其他一些天文学家们的观测和讨论后,认定了这不是一颗彗星,而是一颗新发现的行星,是太阳系内主要行星之一。由此,作为第一发现人,赫歇尔被英国皇家学会授予了科普利奖章,当时的英国国王乔治三世非常重视科学发现,决定每年给予赫歇尔200英镑的薪资支持,同时要求他移居到温莎城堡附近居住,以便让皇室成员能够利用他神奇的望远镜一饱眼福。
当时的200英镑相当于2019年的24000英镑,按照现在的汇率,约20万人民币。对此,赫歇尔很感动,当人们征询他给天王星取名字的意见时,他毫不犹豫地给了个“乔治三世”的名字,以此感谢乔治三世国王给予他对自己事业的赞助。
后来几经变化,天王星最终以希腊神话中的天空之神乌拉诺斯命名,英文表述为Uranus,而天王星是中文对Uranus的称呼。
人类对天王星的了解,除了采用望远镜观测得到一些模糊照片,迄今只有一艘探测器到过附近,这就是旅行者2号。它于1986年1月24日最接近天王星时距离只有8.15万公里,只有我们与月亮的不到四分之一,因此得到了天王星许多珍贵资料。
综合各种资料分析,天王星是一颗巨大的气态行星,其直径为55742千米,体积约为地球的64倍,质量约为地球的14.5倍。其主要结构约为3层:核心是一个岩石核,半径约为天王星半径的20%,质量只有地球的0.55倍;岩石内核之外是冰幔,是在高压下由水、氨、甲烷冰组成的稠密高温流体,厚度约达到3万千米;冰幔上面是天王星大气,主要由83%的氢气和15%的氦气组成,还有2%的甲烷和微量其他气体,表面温度约为-215 ℃。
旅行者2号还发现了天王星上的风速达到每小时161千米,相当地球上15级强台风,且与自转方向相同;天王星的磁轴走向也与其他行星不一样。天王星自转周期为17.4小时,公转周期为84.0205个地球年。
旅行者2号还发现了天王星10颗新的卫星,使天王星卫星总数增加到27颗,其中最大卫星天卫三,直径为1576.8千米,约为月亮的45%。有些卫星地质构造很奇特,且地质活动强烈。
天王星还有一个暗淡的环系统,由直径约10米的黑暗颗粒状物质组成,这是继土星环之后发现的太阳系第二个行星环,旅行者2号在原来已发现9道环的基础上新发现了2道,现在发现这个环由13个已经命名的小环组成,其中只有ε环最为明亮,其余的都很暗淡。
其实这些都还是天王星表面皮毛,内部情况还只是理论建模,而天王星更深层次的真实情况,仅凭已知的一些资料还很苍白。
科学家们燃起了对天王星新兴趣的原因,是在迄今为止搜寻到的5000多颗已知地外行星中,最常见的就是像天王星这样大小的行星,因此如果能够解开天王星的秘密,就能够对围绕着其他恒星运动的行星了解更多。
美国国家科学院、工程院和医学院在4月19日发布了一份报告,这份报告规划了从2022年到2032年的航天探索目标,报告提出了两大任务,即在本世纪30年代初发射天王星探测器,在30年代末或40年代初让前往土卫二的探测器升空。
这份报告是在美国各地行星科学家提交的527份白皮书,并通过97名专家两年的讨论论证基础上出台的,因此可视为是一份可行性规划。参与这份报告的NASA戈达德太空飞行中心科学家埃米·西蒙表示:这项任务将具有绝对的变革性。
天王星的探测任务是:了解天王星弄清是什么驱动着强劲的风吹过天王星大气层,天王星的内部结构和磁场异动的原因,行星环以及一些卫星的情况。
因为行星都在围绕着太阳作不同速度的公转,要想更近更快地到达某颗行星一定要等待最好的时机,这就叫窗口期。天王星的窗口期在2031年到2034年之间,在这个时间段发射才能最节省时间和燃料。
由此,如果任务真的启动,天王星探测器最早将在2031年发射,发射的运载火箭可能采用已经很成熟的猎鹰重型火箭。
要飞往天王星这么远的距离,单纯依靠火箭或探测器自身携带燃料加速是不够的,还需要借用路途的行星引力弹弓效应提速,否则会被太阳引力拉拽得越来越慢,到达目标就遥遥无期。
因此发往天王星的探测器将会利用金星和木星的巨大引力弹弓效应,这就要求这两颗行星届时正好在探测器运行途中。这样,具体的发射时间选择就更为重要。
根据NASA目前的规划路径,2031年从地球发射,将在2034年经过金星,2036年经过木星,获得提速后就一路直奔天王星,将在2043年到达。
这项任务能否顺利实施,除了科技的力量,还需要经济实力。这项任务总投资预算约为42亿美元,而根据以往天文探测任务的经验,最终的实际投资总会大大突破。如前不久发射的韦伯空间望远镜,最早预算只是5亿美元,经过20年的设计建造过程不断追加,最终超过了100亿美元。
因此有人认为,NASA很可能会拉上老搭档欧空局一起来实现这个任务。现在世界局势风起云涌,这项任务最终能否实现,还需拭目以待。对此,你怎么看?欢迎讨论,感谢阅读。
时空通讯原创版权,侵权抄袭是不道德的行为,敬请理解合作。
1986年,对美国的航天事业来说,是灾难性的一年。包括“挑战者号”航天飞机在内的许多航天器的发射均告失败,给人类太空事业的未来蒙上了一层久久不能消散的阴云,然而,“旅行者2号”对天王星的探测获得的巨大成功,与前面的失败形成了鲜明的对比。
天王星距地球十分遥远,以至向地球发射秒速为30万千米的无线电信号,也要花9个多小时。用天文望远镜观察它时,所看到的图像总是模糊不清。1986年1月24日17时59分,经过8年的漫长岁月和48亿千米的长途跋涉,“旅行者2号”横穿距天王星赤道10.707万千米处,航行长达6个小时,仔细观察了天王星的真实面貌,拍摄了大量珍贵的照片。如此近距离地考察一颗距地球30亿千米远的天体,这还是第一次。在会合的24小时内,探测器收集的资料,是自天王星发现以来人类获得的有关天王星资料的好几倍。
20世纪70年代末,美国宇航局利用一次几百年一遇的罕见的行星排列机会“二箭四雕”,发射了“旅行者1号”、“旅行者2号”两颗外行星探测器。“旅行者1号”在飞过木星和土星后,完成了自己的绝大部分使命。而“旅行者2号”则利用土星的引力,改变航向并加速飞往天王星,然后再飞往海王星。迄今为止,它已拜访了太阳系中九大行星中的四“兄弟”:木星、土星、天王星和海王星,发回堪称无价之宝的大量图片和数据。它近距离观测了这四颗气状行星、周围的环状物以及绕它们旋转的复杂多变的卫星。现在,这艘孤独勇敢的飞船距太阳101.5亿千米,正以5.6万千米的时速奔向更遥远的星际空间。
本回答被提问者采纳