

2015年是“冥王星年”。“新视野号任务”正在实现一项重要的行星科学目标:飞掠太阳系中最后一个大型天体。有些人称冥王星为最后的边疆,这是太空探索的重大胜利。
“冥王星博士”,或者更广为人知的杨博士(Dr. Leslie Young),是“新视野号任务”的副项目科学家。无论冥王星最终被定义为矮行星、行星还是冰冷的天体,杨博士都对太阳系中最著名的“弱者”有着深入的了解。可以说,她是一位冥王星爱好者。她从20世纪80年代就开始研究“柯伊伯带之王”,不仅帮助发现了冥王星的大气层,还参与了一个团队,他们建造了一艘定制的航天器,只有一个目标:飞掠这颗曾经的行星。
“新视野号”距离完成其为期九年、飞抵太阳系边缘的旅程仅剩几天。它的体积不过比一架三角钢琴大一点,“新视野号”一直以惊人的速度飞行,并携带了大量的科学仪器,以便为科学家们提供太阳系外围情况的全景图。2006年,冥王星被“降级”为“矮行星”,此后,它不仅在科学家中,也在公众中引发了争议。杨博士与我们进行了交谈,讨论了等待28年终于抵达冥王星的心情,以及她如何获得“冥王星博士”的称号。
您从1987年就开始研究冥王星。是什么让您决定将一生奉献给它?
我甚至在读研究生之前就开始研究冥王星了。我父母告诉我,我大学毕业后的第一份工作非常重要,我当时想:“父母懂什么?”结果我大学毕业后的第一份工作是在麻省理工学院(MIT)为吉姆·埃利奥特(Jim Elliot)教授做程序开发。我最终加入了发现冥王星有大气层的团队,这改变了我的人生。我之后跟着吉姆·埃利奥特读研究生,以冥王星为主题写了论文,从此一直在研究它。当你能改变所有的教科书时,那种感觉非常好。你只想再做一次。

您在“新视野号”上的官方头衔是副项目科学家。您能稍微解释一下您在这个任务中的角色吗?
我的主要工作之一是规划遭遇顺序。项目科学家的工作是跨领域的。我基本上需要向所有需要了解科学知识的人解释科学。大多数时候是对项目中的其他工程师。如果成像团队的人说我们想拍一些非常好的照片,我们会讨论如何设计一艘能够做到这一点的航天器。科学家和工程师之间以及反之亦然,有大量的沟通和转化工作。
所以,基本上您需要了解所有的科学知识、航天器的一切以及整个任务?
基本上是这样。您必须了解任务的方方面面、航天器的设计,当然还有目标。这是一种广泛的了解,而不是深入的了解。您还必须知道在需要具体答案时,去团队中的谁那里寻求帮助,而我们在“新视野号”团队中有一支非常出色的团队。我每天都为能与我共事的科学家们感到感激。
在接近冥王星时,“新视野号”将耗时9年,行驶约30亿英里。您和您的团队等待了很长时间才到达冥王星。随着我们越来越近,您最期待看到什么?
当您用地面或地球轨道上的望远镜(如哈勃望远镜)观测冥王星或任何天体时,您必须仔细地将碎片拼接起来。有时感觉就像在搭扑克牌房子。您必须根据非常棘手的信息进行推断,并付出巨大的努力才能得到答案。当我们最终到达冥王星时,就像翻到书本的最后,找到答案一样。这不仅会告诉我们冥王星的样子以及正在发生的各种过程,还将帮助我们理解过去40年的工作。然后,当您十年后回到望远镜旁,看到事物发生了变化,我们就知道我们所看到的是什么。

研究冥王星有多重要,尤其是考虑到它最近被降级了?
冥王星在太阳系外围有很多“表亲”。海王星的卫星特里同(Triton)与冥王星非常相似。那里还有其他大型天体,如阋神星(Eris)。如果我们了解冥王星的情况,我们就能突然理解太阳系中一大类其他天体是如何运作的,甚至可能理解其他太阳系。
您认为我们可能会学到一些可能改变冥王星地位、从矮行星恢复为行星的东西吗?在您的科学观点中,冥王星是行星还是矮行星?它应该与谷神星(Ceres)等其他“矮行星”归为一类吗?
我认为“矮行星”这个词不是一个有用的术语,最终会自然消亡。每次参加会议时,都不会出现“矮行星”方面的问题。当你向期刊提交论文时,他们不会说“嗯,我们得找一位矮行星专家”。我认为分类应该仅在它们有用的时候才使用。有时将冥王星与特里同(一颗卫星)、阋神星(另一颗矮行星)以及其他一些较大的柯伊伯带天体归为一类是很有用的,那么您称呼它们为什么呢?冰雪世界?我喜欢这样称呼它们。
您认为这次任务最令人兴奋的发现可能是什么?
我认为这次任务最令人兴奋的部分是,它将使冥王星和卡戎(Charon)成为一个可接近的世界。一个你可以想象出它是什么样子的世界。仅凭望远镜捕捉到的信息,就需要大量的想象力来推测冥王星或卡戎可能是什么样子。然而,像航天器任务这样的事物是给世界的礼物,因为突然间,你就不必花3个月的时间仔细研究望远镜捕捉到的图像来获得一点点线索了。你可以看一张照片,看一张地图,就能立刻直观地感受到这些世界是什么样的。
冥王星和卡戎绕彼此公转,形成一个双星系统。您能谈谈这个系统是如何运作的,以及随着我们越来越近,我们可能会发现关于卡戎的什么信息吗?
在过去的几十年里,我们学到的一件事是,太阳系是一个非常暴力的场所,天体会互相碰撞。地球-月球系统很可能源于一场与地球相撞的、火星大小的天体。我们认为冥王星-卡戎系统很可能也是某种撞击的结果。如果我们能弄清楚冥王星系统是如何形成的,就能告诉我们关于撞击的一些信息。那里有其他柯伊伯带天体互相绕转,而不是绕着它们之间的共同质心旋转,所以冥王星在这方面并不完全独特。我们经常飞掠行星,并对它们的卫星感到惊叹。土星的卫星泰坦(Titan)上有水在流淌,甲烷在流淌,几乎具有地球般的风系统。我预计卡戎会让我们惊叹不已。一直以来,我们都将其视为冥王星更具活力和吸引力的一个单调的伴侣,但我认为它最终会让我们大吃一惊。
由于冥王星距离地球约30亿英里,您的团队将在“新视野号”发送数据后多久收到数据?
需要16个月才能将“新视野号”的所有信息传回。从航天器下载数据需要4.5小时,这意味着以光速传输的数据需要4.5小时才能到达我们这里。冥王星非常遥远。所以与航天器通信需要9小时的往返时间。
我们已经看到了“新视野号”传回的图像,比哈勃太空望远镜的图像还要好。您认为那些地表特征可能是什么?
当我们发射“新视野号”时,我们已经知道两件事;一是冥王星是太阳系中对比最鲜明的地区之一。它有一些最黑暗和最明亮的地方,即使是从哈勃模糊的图像也能看出这一点。我们知道这里的地质将非常壮观,而这正是我们从这些第一批图像中开始看到的,明亮的区域和黑暗的区域。另一个我们学到的教训来自旅行者号(Voyager)——它在1989年飞掠了冥王星的“表亲”特里同。两艘旅行者号航天器都是了不起的,它们真正地为科学家和公众打开了太阳系外围的视野。但是,它没有携带红外光谱仪,如果你想知道表面是由什么构成的,你需要红外光谱仪,所以我们正将RALPH(科学仪器)带往冥王星及其卫星。我们甚至专门为其量身定制,以告诉我们冥王星表面的冰是由什么构成的。
船载相机RALPH和LORRI应该能提供非常高分辨率的图像。最接近时的图像会有多详细?
在我们飞掠的那天,我们将绘制成分图,分辨率极具地质研究价值,这样我们就能看到:这里有一个陨石坑,那里有一座桌山,而桌山的顶部与侧面的区别在于此。这将是惊人的。就像飞越地球,能够辨认出纽约市天际线的特征一样。
“我认为卡戎最终会让我们大吃一惊。”
研究冥王星(如果可能的话)能教会我们关于地球和太阳系形成方面的什么?
我认为理解“第三区”(海王星以外的所有区域)对于理解我们太阳系乃至可能存在的其他太阳系的基本结构至关重要。看起来其他恒星周围也可能存在柯伊伯带。我们认为地球可能受到过来自冥王星起源区域的彗星撞击的影响。冥王星大气层中的化学成分可能告诉我们早期地球的化学成分。确实有很多东西值得学习。
“新视野号”在飞掠冥王星之后,下一步是什么?它会像旅行者1号那样驶出太阳系,还是会访问柯伊伯带中的其他天体?
我们进行飞掠有两个原因。第一个原因是,如果我们想减速,就需要携带大量的燃料,这将花费我们几十年的时间才能到达,到时候冥王星会离太阳更远,表面照明会更少,这并不是一个好主意。另一个进行飞掠的原因是,一旦我们飞掠冥王星,就可以继续前往另一个柯伊伯带天体。这是我们的打算。一切都不是绝对的,但我们希望在冥王星之后继续探索太阳系外围。任务结束后,“新视野号”最终将像旅行者号一样离开太阳系。我们一直在观察行星之间的空间,当我们外出时,我们将研究空间中的尘埃,所以我们将继续测量尘埃,即使在飞掠结束后,我们还可以进行就地测量,并问,我现在所处的这个位置是什么样的?我们计划在越来越深入地前进的同时继续这样做。
“冥王星是太阳系中对比最鲜明的地区之一。”
“新视野号”也是有史以来从地球发射的最快的物体。它的速度有多快?
“新视野号”搭乘一枚非常大的火箭发射升空,目前正以每小时35,000英里的速度接近冥王星。旅行者1号(Voyager 1)进行了4次弹弓加速:木星、土星、天王星和海王星。“新视野号”只进行了一次木星弹弓加速,所以现在它正以非常快的速度飞行。我们9小时就飞过了月球。阿波罗任务用了3天时间才到达月球。想想伽利略号(Galileo)航天器为了到达木星付出了多少努力,它花了6年才到达木星,“新视野号”只用了13个月!它是一艘非常小的航天器,搭乘了一枚非常大的火箭。
您已经耐心等待了28年才抵达冥王星。飞掠时您会在哪里?
我会在马里兰州的约翰霍普金斯应用物理实验室。由于在最接近日的当天我们不会下载太多数据,所以我们可以花那一天来庆祝抵达。

飞掠日是7月14日,但我们直到7月15日才能收到任何图像。为什么会这样?
我们将在最接近日大约12小时前收到一张照片。那将是一张漂亮的冥王星图像,能够填满我们的LORRI成像仪的一个画面。我们的选择是,我们可以将航天器指向天空拍照,也可以将其指向地球进行通信,所以我们选择与地球进行一些通信,以便得到官方的“我没事!”信息。然后,由于我们只飞掠冥王星一次,我们选择将飞掠时间用于拍照。
您认为我们还会再次去冥王星吗?
我认为至少会去两次。你怎么能只去一个地方一次呢?