第1个回答 2022-07-04
2020年是火星探测大年,这一年全世界有3个国家发射了火星探测器,其中就包括我国的天问一号。
之所以大家都选择这一年来探测火星,是因为由于人类航天技术的限制,必须要在狭窄的窗口期内进行发射,才能最节省燃料和时间。对于火星来说,这个窗口期每隔26个月才会打开一次。所以,没来得及在去年发射火星探测器的国家或机构,只能等到2年后的2022年9月了。
越靠近太阳的天体,探测的窗口期就越短。反之,越遥远的太阳系天体,这个窗口期就越长。那么,对于最遥远的太阳系天体,这个窗口期有多长呢?
目前人类发现的最遥远的太阳系自然天体,是一颗小行星,其编号为90377,英文名叫做Sedna,中文译作塞德娜。这颗小行星发现于2003年,属于外海王星天体之一。根据目前的观测,塞德娜的直径是995 80千米,和太阳系最小的矮行星——谷神星差不多大,因此塞德娜也被认为是矮行星的候选者之一。
塞德娜到底有多远呢?根据天文学家的观测,即使在近日点,它和太阳的距离也有76.36个天文单位(1个天文单位是1个日地距离,即大约1.5亿公里),也就是大约114亿公里,这是太阳系最远的行星——海王星的2.5倍!塞德娜的轨道偏心率非常高,也就是说,它的远日点非常非常远,竟然达到了937个天文单位,也就是大约1400亿公里!
由于距离太过遥远,塞德娜的公转周期也长得惊人,达到了11390年!换句话说,上一次塞德娜运行到现在这个位置时,猛犸象都还没有灭绝,人类还不会种地……别说一辈子,按照目前人类的寿命,就算活100辈子,都活不到人家一个公转周期。
然而,我们这一辈的人真的是太幸运了,这种一万年一遇的事就让我们赶上了,因为塞德娜即将来到它的近日点了!
在2003年被发现的时候,塞德娜距离地球就只有差不多100个天文单位。目前,它距离我们已经不足90个天文单位。根据天文学家的计算,在2076年的时候,它将会来到近日点。这不仅是人类利用望远镜观测的绝佳时机,也是发射探测器前去 探索 的唯一机会。一旦错过,就要再等一万年……
目前,世界各国都还没有制定探测塞德娜的航天任务,但是天文学家们已经提出这个想法了。他们还表示:如果我们真的要抓住这个极其罕见的机会,那么真的要尽快动手了,因为时间真的太短了!
虽然塞德娜在2076年才会到达近日点,但这不意味着我们等到五十年后再发射探测器就可以。为了更好地节约能源和时间,我们需要抓住塞德娜的探测窗口期,这样的窗口期距离我们已经非常近了,而且并不长,那就是2029年到2034年之间。
换句话说,如果我们真的要把握机会去探测它,那么留给人类准备的时间最多不超过12年了!
即便是在窗口期利用最短的路程去探测塞德娜,也不是一件容易的事。迄今为止,人类也只有屈指可数的几个探测器到达过如此遥远的位置,那就是20世纪70年代的两个旅行者号探测器以及两个先驱者号探测器(这两个已经失联,只是理论上到达了这个位置),它们都花了几十年的时间才飞行了这么远。
如果我们要去探测塞德娜,就要好好规划飞行的路线。
俄罗斯科学院空间研究所的Vladislav Zubko和他的团队在研究之后指出:如果在2029年发射探测器,那么它不会是直接朝着塞德娜飞行的,而是首先反向飞行,来到更靠近太阳的地方,借助金星来进行加速,然后绕回来再利用地球加速,随后借助木星的引力弹弓效应,最快可以在24.48年的时间里就抵达塞德娜。
最快未必是最好,要达到最快的速度,航天器在飞掠木星时要更靠近它,这会导致航天器的一些科学载荷受到木星磁场的辐射而减少寿命。为了确保研究时长,天文学家认为,距离木星稍微远一点,航行时间30年是最好的选择。
如果是按30年的航行时间,那就要在2034年发射。在这种情况下,探测器飞掠木星时距离这颗气体巨星大约60万公里,远远大于前一个方案中的4.2万公里,可以更好地保护探测器。
而且,飞得慢一点还有另外一个好处,那就是航天器飞掠塞德娜的时候速度不会太快,从而获得更长的观测时间。根据研究人员的推测,按照这个方案,探测器在到达塞德娜时的相对速度约为每秒13.70公里,这就和2015年时新地平线号探测器飞掠冥王星时差不多了。
另外,该团队还计算了其他年份发射探测器的可行性,除了2031年之外,其他诸如2033甚至最远到2045年的发射时间,都远不如前面两个方案。
我们知道,根据目前的理论,太阳系最内侧有八大行星,其中海王星最靠外。海王星以外的区域叫做柯伊伯带,分布着大量的小天体,并且天文学家已经发现了很多。柯伊伯带以外,就是太阳系最外层的结构——奥尔特云。
由于距离太远,迄今为止,天文学家从没有真正观测到奥尔特云及其天体,它仍然停留在理论层面上。塞德娜的远日点如此遥远,因此是唯一被认为可能是奥尔特云天体的小行星。所以,它的研究价值非常高,也是我们理解奥尔特云的关键,对它的探测非常吸引天文学家。
如果我们真的能够前去探测塞德娜,那么不论是对于这颗小天体本身的性质、环境、起源等问题,还是对于外海王星天体的运行规律甚至对可能的第九大行星、奥尔特云有更多的了解。这些问题不仅仅困扰着天文学家,也是许多天文爱好者最关心的问题。
不过,目前世界上还没有团队真的要展开这样的探测。考虑到这样的机会一万多年才有一次,相信天文学家们会慎重考虑,并且提高其优先级的。不过话说回来,考虑到探测器的研发和建造过程如此复杂,如果真的要探测塞德娜,天文学家真的要赶快动手了。
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