下一站：天王星！NASA正在醞釀探索冰冷行星任務，何時出發(fā)？

天王星是距離我們第二遠的太陽系行星，距離我們在17.38~20.23 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有人類的足跡到過，但無人探測器帶著人類的“眼睛”都到過。1986年，NASA發(fā)射的旅行者2號無人探測器，經(jīng)歷8年多時間的太空跋涉，從天王星附近掠過，最近時距離天王星大氣層頂81500千米。

旅行者2號的探索，新發(fā)現(xiàn)了10顆衛(wèi)星，并拍攝和探測獲得大量天王星資料后遠去。此后，再也沒有任何人類蹤跡光顧過天王星?，F(xiàn)在，NASA準備重啟天王星探測計劃，會是一個什么樣的計劃呢？我們一起來了解一下。

先說說天王星的發(fā)現(xiàn)過程古代人們只發(fā)現(xiàn)了金木水火土等五顆地外行星，因為這五顆行星依靠肉眼就能夠看到。后來人類發(fā)明了望遠鏡，就可以看見更遠的行星了。

1781年3月13日，英國天文學家弗里德里?！ねず招獱栐谧约鹤√幍耐ピ褐?，用自制的望遠鏡觀察星空，看到了一顆會移動的新星星。開始他認為是一顆彗星，并將這個發(fā)現(xiàn)報告給了英國皇家學會。

經(jīng)過其他一些天文學家們的觀測和討論后，認定了這不是一顆彗星，而是一顆新發(fā)現(xiàn)的行星，是太陽系內(nèi)主要行星之一。由此，作為第一發(fā)現(xiàn)人，赫歇爾被英國皇家學會授予了科普利獎章，當時的英國國王喬治三世非常重視科學發(fā)現(xiàn)，決定每年給予赫歇爾200英鎊的薪資支持，同時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鏡一飽眼福。

當時的200英鎊相當于2019年的24000英鎊，按照現(xiàn)在的匯率，約20萬人民幣。對此，赫歇爾很感動，當人們征詢他給天王星取名字的意見時，他毫不猶豫地給了個“喬治三世”的名字，以此感謝喬治三世國王給予他對自己事業(yè)的贊助。

后來幾經(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Uranus的稱呼。

天王星基本情況人類對天王星的了解，除了采用望遠鏡觀測得到一些模糊照片，迄今只有一艘探測器到過附近，這就是旅行者2號。它于1986年1月24日最接近天王星時距離只有8.15萬公里，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)構約為3層：核心是一個巖石核，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，厚度約達到3萬千米；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號還發(fā)現(xiàn)了天王星上的風速達到每小時161千米，相當?shù)厍蛏?5級強臺風，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，公轉(zhuǎn)周期為84.0205個地球年。

旅行者2號還發(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)構造很奇特，且地質(zhì)活動強烈。

天王星還有一個暗淡的環(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)的太陽系第二個行星環(huán)，旅行者2號在原來已發(fā)現(xiàn)9道環(huán)的基礎上新發(fā)現(xiàn)了2道，現(xiàn)在發(fā)現(xiàn)這個環(huán)由13個已經(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情況，僅憑已知的一些資料還很蒼白。

啟動天王星專屬探測計劃科學家們?nèi)计鹆藢μ焱跣切屡d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)@著其他恒星運動的行星了解更多。

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

這份報告是在美國各地行星科學家提交的527份白皮書，并通過97名專家兩年的討論論證基礎上出臺的，因此可視為是一份可行性規(guī)劃。參與這份報告的NASA戈達德太空飛行中心科學家埃米·西蒙表示：這項任務將具有絕對的變革性。

天王星的探測任務是：了解天王星弄清是什么驅(qū)動著強勁的風吹過天王星大氣層，天王星的內(nèi)部結(jié)構和磁場異動的原因，行星環(huán)以及一些衛(wèi)星的情況。

因為行星都在圍繞著太陽作不同速度的公轉(zhuǎn)，要想更近更快地到達某顆行星一定要等待最好的時機，這就叫窗口期。天王星的窗口期在2031年到2034年之間，在這個時間段發(fā)射才能最節(jié)省時間和燃料。

由此，如果任務真的啟動，天王星探測器最早將在2031年發(fā)射，發(fā)射的運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的距離，單純依靠火箭或探測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提速，否則會被太陽引力拉拽得越來越慢，到達目標就遙遙無期。

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

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)過金星，2036年經(jīng)過木星，獲得提速后就一路直奔天王星，將在2043年到達。

這項任務能否順利實施，除了科技的力量，還需要經(jīng)濟實力。這項任務總投資預算約為42億美元，而根據(jù)以往天文探測任務的經(jīng)驗，最終的實際投資總會大大突破。如前不久發(fā)射的韋伯空間望遠鏡，最早預算只是5億美元，經(jīng)過20年的設計建造過程不斷追加，最終超過了100億美元。

因此有人認為，NASA很可能會拉上老搭檔歐空局一起來實現(xiàn)這個任務?，F(xiàn)在世界局勢風起云涌，這項任務最終能否實現(xiàn)，還需拭目以待。對此，你怎么看？歡迎討論，感謝閱讀。

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