随着“新视野”探测器对遥远行星——冥王星的探测,届时将对我们所了解的太阳系带来全新的认知——

1989年5月,艾伦 · 斯特恩(Alan Stern)在美国巴尔的摩市一家意大利餐厅与同事共进午餐,商量如何说服美国航空航天局(NASA)向冥王星发送一颗探测器。当时大部分同事对处于太阳系边缘的这颗小行星不感兴趣。其时,共进午餐的麻省理工学院毕业生、现已是博尔德市科罗拉多大学行星科学家的弗兰 · 巴奇纳尔(Fran Bagenal)说:“我感到怀疑,往冥王星发送探测器在那时确实是任何人不感兴趣的事。”

在午餐上,斯特恩大谈冥王星的迷人之处,并分析了从太阳表面发生的连续粒子流——太阳风——如何将冥王星表面的大气吹走(像蒲公英的种籽随风飘落一样)。斯特恩说:“我总喜欢研究那种不符常规的东西。”确实,冥王星有许多特殊的地方:它比地球的月亮小,以倾斜角度的椭圆轨道绕日而转;它是一颗重量不足的行星,也更像一颗生长过度的彗星;它的表面覆盖着结冰的气体,当靠近太阳时,便融化形成大气。由于其引力弱小,最终致使大气形同彗尾。在太阳系形成的45亿年中,冥王星表面所有的山脉和环形山口都被“蒸发”了。

斯特恩指出,对太阳系的每一颗行星都曾经发送过探测器,或将要发送。在已发送的探测器中,每次都带回惊人的消息:金星表面大部分被熔岩流覆盖;火星上点点分布着环形山和纵横的古运河遗迹;木星由许多卫星围绕着等。听着斯特恩的介绍,巴奇纳尔逐渐对冥王星产生了浓厚的兴趣。她说:“我对太阳系边缘这颗小东西一下子怀有好奇之心。”

很快就证明斯特恩有先见之明。3年后,夏威夷大学的戴维 · 朱威特(David Jewitt)和简 · 卢(Jane Luu)发现了遥远的小于冥王星的天体QBI。此后,天文学家在太阳系外围又陆续发现1000多颗具有相当质量的天体在运行。其中2005年发现的一颗名为齐娜(Xena)的天体,其质量大于冥王星,并伴有一颗卫星。

冥王星现在已不是一颗孤僻的小行星,已被天文学家视为太阳系内处在最感兴趣位置中最易接近的天体。最感兴趣的位置就是近年发现的柯伊伯带,延伸在冥王星外190亿英里(译注:约合300亿公里或200天文单位)的一片冰的世界中。

斯特恩说:“我们对太阳系的观点已彻底地转变了。就如你在山谷里长大的,只知道世界如同山谷这般大,而不知道外面的世界有多么大。柯伊伯带是太阳系中结构最大的小行星带,这里有数量最多的‘行星’、存在最多的有机化合物、双星和其他外来物。关于这一点我们过去一点印象都没有,当我还在小学念书时,总认为冥王星是不起眼的小星。现在看来如同认为地球是一颗不起眼的行星一样是错误的。”

对斯特恩说来,近年来最大的收获是根据他的意图说服了NASA,“新视野”探测器终于在17年之后发射了。当探测器到达冥王星和柯伊伯带后,斯特恩和同事们又将开始忙于了解太阳系的另一半。

自从斯特恩等人策划探索冥王星的计划以来(斯特恩称他们为冥王星地下工作者),大家猜想“新视野”探测器的发射必然是稳定缜密计划的结果。事实上,这是NASA匆忙中决定的一项使命,时间定格在2003年。

在1989年至2003年期间,斯特恩等人开始游说NASA的计划管理部门,NASA一会儿说行,一会儿又说不行,进展并不顺利。

促使作出匆忙决定的原因是缘由冥王星的轨道运行位置。当1989年斯特恩等人共进午餐时,冥王星距太阳27亿英里(冥王星绕太阳一周的周期为248年)。10~20年后,随着离太阳渐远,冥王星温度日趋寒冷,其表面大气凝结为冰晶,这是人们一生中难得的一次赶上观察冥王星表面最饶兴趣的自然现象的机会。

另外,借助于木星引力的提速也是“新视野”探测器发射的一个原因。如果2006年1月份发射,可在2007年初到达距木星140万英里的区域,在此借助木星的引力使探测器加速到每秒13英里的速度。即使以如此速度运行,“新视野”也要到2015年到达冥王星。但如果发射时间推迟一个月,将失去木星引力助推的最佳时机,到达冥王星的时间要延后4年。

尽管冥王星探测计划最终在2003年批准立项,但造价问题也是延迟项目批准的一个因素。回想1979年,当时NASA曾考虑发送“旅行者1号”飞船通过冥王星,但最后因成本太高,该计划一度被搁置。NASA下属的喷气推进实验室当时有一个发送小型探测器对冥王星进行探测的计划,但作详细预算时,经费竟超过10亿美元,令人咋舌,也只得作罢。

而斯特恩最初的设想是发送2个探测器飞赴冥王星,旨在对冥王星的正反两面作较为详细的观察,但由于技术等原因被迫放弃。当然,主要原因也是因造价太高而作罢。

最后,斯特恩开出一个为NASA接受的造价——5亿美元。这个价格对行程40亿英里、耗时10年不算太贵。

确定“新视野”计划的实施还包括在柯伊伯带发现了许多新的天体。当时许多天文爱好者写信给NASA,责问为什么美国没有计划去探索太阳系这个“荒凉”地区?2003年美国科学院出版的10年一度的科学优选项目报告,将“新视野”计划列为该年度优选项目的第一项。随后,布什总统出席2003年预算听证会,批准了冥王星计划的预算,最终使“新视野”计划尘埃落定。

当2003年“新视野”计划预算被批准后,斯特恩穿梭来往于佛罗里达州卡纳维拉尔角发射基地、巴尔的摩市的应用物理实验室和圣安东尼奥的西南研究所之间。他和他的同伴只有46个月的时间将设计图纸转换为“新视野”探测器。巴尔的摩的工程师们花费了一年时间组装探测器,并将组装好的仪器置于剧烈震动环境中,以考验和确保仪器在发射中完好无损,然后,再将探测器运到马里兰州的NASA戈达德空间飞行中心,在失重环境中,花费了2个月时间对仪器进行校验,以保证传感器等仪器在太空中运行自如。2005年9月,NASA将探测器装箱运至肯尼迪航天中心作发射前的最后准备。

“新视野”探测器于2006年1月18日凌晨升空。运载火箭是阿特拉斯V型火箭。这是NASA最先进的大功率运载火箭。