下一站：天王星！NASA正在醞釀探索冰冷行星任務(wù)，何時(shí)出發(fā)？

天王星是距離我們第二遠(yuǎn)的太陽(yáng)系行星，距離我們?cè)?7.38~20.23 AU（天文單位，1 AU約1.5億千米）之間變化。那里是一個(gè)冰冷的世界，表面溫度只有47 K，也就是-226 ℃。

所有的地外行星還沒(méi)有人類的足跡到過(guò)，但無(wú)人探測(cè)器帶著人類的“眼睛”都到過(guò)。1986年，NASA發(fā)射的旅行者2號(hào)無(wú)人探測(cè)器，經(jīng)歷8年多時(shí)間的太空跋涉，從天王星附近掠過(guò)，最近時(shí)距離天王星大氣層頂81500千米。

旅行者2號(hào)的探索，新發(fā)現(xiàn)了10顆衛(wèi)星，并拍攝和探測(cè)獲得大量天王星資料后遠(yuǎn)去。此后，再也沒(méi)有任何人類蹤跡光顧過(guò)天王星?，F(xiàn)在，NASA準(zhǔn)備重啟天王星探測(cè)計(jì)劃，會(huì)是一個(gè)什么樣的計(jì)劃呢？我們一起來(lái)了解一下。

先說(shuō)說(shuō)天王星的發(fā)現(xiàn)過(guò)程古代人們只發(fā)現(xiàn)了金木水火土等五顆地外行星，因?yàn)檫@五顆行星依靠肉眼就能夠看到。后來(lái)人類發(fā)明了望遠(yuǎn)鏡，就可以看見更遠(yuǎn)的行星了。

1781年3月13日，英國(guó)天文學(xué)家弗里德里?！ねず招獱栐谧约鹤√幍耐ピ褐?，用自制的望遠(yuǎn)鏡觀察星空，看到了一顆會(huì)移動(dòng)的新星星。開始他認(rèn)為是一顆彗星，并將這個(gè)發(fā)現(xiàn)報(bào)告給了英國(guó)皇家學(xué)會(huì)。

經(jīng)過(guò)其他一些天文學(xué)家們的觀測(cè)和討論后，認(rèn)定了這不是一顆彗星，而是一顆新發(fā)現(xiàn)的行星，是太陽(yáng)系內(nèi)主要行星之一。由此，作為第一發(fā)現(xiàn)人，赫歇爾被英國(guó)皇家學(xué)會(huì)授予了科普利獎(jiǎng)?wù)拢?dāng)時(shí)的英國(guó)國(guó)王喬治三世非常重視科學(xué)發(fā)現(xiàn)，決定每年給予赫歇爾200英鎊的薪資支持，同時(shí)要求他移居到溫莎城堡附近居住，以便讓皇室成員能夠利用他神奇的望遠(yuǎn)鏡一飽眼福。

當(dāng)時(shí)的200英鎊相當(dāng)于2019年的24000英鎊，按照現(xiàn)在的匯率，約20萬(wàn)人民幣。對(duì)此，赫歇爾很感動(dòng)，當(dāng)人們征詢他給天王星取名字的意見時(shí)，他毫不猶豫地給了個(gè)“喬治三世”的名字，以此感謝喬治三世國(guó)王給予他對(duì)自己事業(yè)的贊助。

后來(lái)幾經(jīng)變化，天王星最終以希臘神話中的天空之神烏拉諾斯命名，英文表述為Uranus，而天王星是中文對(duì)Uranus的稱呼。

天王星基本情況人類對(duì)天王星的了解，除了采用望遠(yuǎn)鏡觀測(cè)得到一些模糊照片，迄今只有一艘探測(cè)器到過(guò)附近，這就是旅行者2號(hào)。它于1986年1月24日最接近天王星時(shí)距離只有8.15萬(wàn)公里，只有我們與月亮的不到四分之一，因此得到了天王星許多珍貴資料。

綜合各種資料分析，天王星是一顆巨大的氣態(tài)行星，其直徑為55742千米，體積約為地球的64倍，質(zhì)量約為地球的14.5倍。其主要結(jié)構(gòu)約為3層：核心是一個(gè)巖石核，半徑約為天王星半徑的20%，質(zhì)量只有地球的0.55倍；巖石內(nèi)核之外是冰幔，是在高壓下由水、氨、甲烷冰組成的稠密高溫流體，厚度約達(dá)到3萬(wàn)千米；冰幔上面是天王星大氣，主要由83%的氫氣和15%的氦氣組成，還有2%的甲烷和微量其他氣體，表面溫度約為-215 ℃。

旅行者2號(hào)還發(fā)現(xiàn)了天王星上的風(fēng)速達(dá)到每小時(shí)161千米，相當(dāng)?shù)厍蛏?5級(jí)強(qiáng)臺(tái)風(fēng)，且與自轉(zhuǎn)方向相同；天王星的磁軸走向也與其他行星不一樣。天王星自轉(zhuǎn)周期為17.4小時(shí)，公轉(zhuǎn)周期為84.0205個(gè)地球年。

旅行者2號(hào)還發(fā)現(xiàn)了天王星10顆新的衛(wèi)星，使天王星衛(wèi)星總數(shù)增加到27顆，其中最大衛(wèi)星天衛(wèi)三，直徑為1576.8千米，約為月亮的45%。有些衛(wèi)星地質(zhì)構(gòu)造很奇特，且地質(zhì)活動(dòng)強(qiáng)烈。

天王星還有一個(gè)暗淡的環(huán)系統(tǒng)，由直徑約10米的黑暗顆粒狀物質(zhì)組成，這是繼土星環(huán)之后發(fā)現(xiàn)的太陽(yáng)系第二個(gè)行星環(huán)，旅行者2號(hào)在原來(lái)已發(fā)現(xiàn)9道環(huán)的基礎(chǔ)上新發(fā)現(xiàn)了2道，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)這個(gè)環(huán)由13個(gè)已經(jīng)命名的小環(huán)組成，其中只有ε環(huán)最為明亮，其余的都很暗淡。

其實(shí)這些都還是天王星表面皮毛，內(nèi)部情況還只是理論建模，而天王星更深層次的真實(shí)情況，僅憑已知的一些資料還很蒼白。

啟動(dòng)天王星專屬探測(cè)計(jì)劃科學(xué)家們?nèi)计鹆藢?duì)天王星新興趣的原因，是在迄今為止搜尋到的5000多顆已知地外行星中，最常見的就是像天王星這樣大小的行星，因此如果能夠解開天王星的秘密，就能夠?qū)@著其他恒星運(yùn)動(dòng)的行星了解更多。

美國(guó)國(guó)家科學(xué)院、工程院和醫(yī)學(xué)院在4月19日發(fā)布了一份報(bào)告，這份報(bào)告規(guī)劃了從2022年到2032年的航天探索目標(biāo)，報(bào)告提出了兩大任務(wù)，即在本世紀(jì)30年代初發(fā)射天王星探測(cè)器，在30年代末或40年代初讓前往土衛(wèi)二的探測(cè)器升空。

這份報(bào)告是在美國(guó)各地行星科學(xué)家提交的527份白皮書，并通過(guò)97名專家兩年的討論論證基礎(chǔ)上出臺(tái)的，因此可視為是一份可行性規(guī)劃。參與這份報(bào)告的NASA戈達(dá)德太空飛行中心科學(xué)家埃米·西蒙表示：這項(xiàng)任務(wù)將具有絕對(duì)的變革性。

天王星的探測(cè)任務(wù)是：了解天王星弄清是什么驅(qū)動(dòng)著強(qiáng)勁的風(fēng)吹過(guò)天王星大氣層，天王星的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和磁場(chǎng)異動(dòng)的原因，行星環(huán)以及一些衛(wèi)星的情況。

因?yàn)樾行嵌荚趪@著太陽(yáng)作不同速度的公轉(zhuǎn)，要想更近更快地到達(dá)某顆行星一定要等待最好的時(shí)機(jī)，這就叫窗口期。天王星的窗口期在2031年到2034年之間，在這個(gè)時(shí)間段發(fā)射才能最節(jié)省時(shí)間和燃料。

由此，如果任務(wù)真的啟動(dòng)，天王星探測(cè)器最早將在2031年發(fā)射，發(fā)射的運(yùn)載火箭可能采用已經(jīng)很成熟的獵鷹重型火箭。

等待和期盼要飛往天王星這么遠(yuǎn)的距離，單純依靠火箭或探測(cè)器自身攜帶燃料加速是不夠的，還需要借用路途的行星引力彈弓效應(yīng)提速，否則會(huì)被太陽(yáng)引力拉拽得越來(lái)越慢，到達(dá)目標(biāo)就遙遙無(wú)期。

因此發(fā)往天王星的探測(cè)器將會(huì)利用金星和木星的巨大引力彈弓效應(yīng)，這就要求這兩顆行星屆時(shí)正好在探測(cè)器運(yùn)行途中。這樣，具體的發(fā)射時(shí)間選擇就更為重要。

根據(jù)NASA目前的規(guī)劃路徑，2031年從地球發(fā)射，將在2034年經(jīng)過(guò)金星，2036年經(jīng)過(guò)木星，獲得提速后就一路直奔天王星，將在2043年到達(dá)。

這項(xiàng)任務(wù)能否順利實(shí)施，除了科技的力量，還需要經(jīng)濟(jì)實(shí)力。這項(xiàng)任務(wù)總投資預(yù)算約為42億美元，而根據(jù)以往天文探測(cè)任務(wù)的經(jīng)驗(yàn)，最終的實(shí)際投資總會(huì)大大突破。如前不久發(fā)射的韋伯空間望遠(yuǎn)鏡，最早預(yù)算只是5億美元，經(jīng)過(guò)20年的設(shè)計(jì)建造過(guò)程不斷追加，最終超過(guò)了100億美元。

因此有人認(rèn)為，NASA很可能會(huì)拉上老搭檔歐空局一起來(lái)實(shí)現(xiàn)這個(gè)任務(wù)。現(xiàn)在世界局勢(shì)風(fēng)起云涌，這項(xiàng)任務(wù)最終能否實(shí)現(xiàn)，還需拭目以待。對(duì)此，你怎么看？歡迎討論，感謝閱讀。

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