互动科普

新视野号是人类第一艘飞越冥王星的探测器。这个取得巨大成功的项目实际上历尽坎坷。首席科学家斯特恩曾表示：如果这个冥王星任务是只猫，它可能早就死了，因为猫也只有九条命。

APL的欢呼声

位于美国马里兰州的约翰斯·霍普金斯大学是全美乃至全球最富学术声望的研究型大学之一，该校的应用物理实验室（简称APL）成立于1942年，是美国国防部和美国宇航局（NASA）的主要合作商之一，负责哈勃空间望远镜和詹姆斯·韦伯太空望远镜的地面控制中心。小行星132524就被命名为APL，以示对APL在空间科学领域卓越业绩的认可。

2015年7月14日晚上20:52，APL控制中心门庭若市，人们蜂拥而至，把这个不大的房间挤得水泄不通。新视野号经过10年的漫长等待，自发射以来最为人们所期待的时刻终于到了。为了让新视野号探测器上的电力充沛，确保它集中精力开展科学探测，控制中心已经连续21个小时没有与它进行通信联系了。虽然科研团队信心满满，但探测器是否运转正常，地面其实一无所知。

房间内，一位金发女性的办公桌上特别醒目地放了一个小熊吉祥物，显得与众不同，这位女性就是新视野号任务的“妈妈”(MOM，即任务运行经理的英文缩写）—爱丽丝·鲍曼（Alice Bowman)，她也是NASA历史上首位女性“妈妈”。小熊代表着遥远的新视野号，此刻它正头戴礼帽，举着国旗，端坐在显示屏旁。

“找到探测器目标”，“妈妈”的声音通过麦克风传递到房间内的每个角落。1分钟后，“妈妈”宣布“成功锁定遥测数据。”控制中心内的所有人都站了起来，全体鼓掌。“妈妈”仔细核对了无线电信号的频率、飞行速度、飞船姿态、电源、温度等基本参数，确认一切处于正常范围内。她向新视野号任务的首席科学家艾伦·斯特恩（Alan Stern）报告：“遥测数据接收成功，探测器运行正常。”房间内一下子欢腾起来，每个人都热烈鼓掌，相互握手致意，拥抱在一起。外表斯文的斯特恩高举双臂，激动地跳了起来，他一把抓起小熊手中的国旗，向众人挥舞。

寻找X行星

这项探测任务的缘起，要追溯到86年前。1929年，22岁的农村青年克莱德·汤博（Clyde Tombaugh）幸运地获得了罗威尔天文台观测助理的职位。汤博此前并没有上过大学，中学毕业后一直在家帮父母做农活。但汤博痴迷于天文学，他利用家中多余的农具零件加工成望远镜，观测并绘制了火星和木星的图片；汤博也是一个有心人，他把观测到的图像寄给了当时全美国最有名的罗威尔天文台，期望得到专业天文学家的肯定。因此，当罗威尔天文台招聘观测助理时，这位对天文具有浓厚兴趣、又具有望远镜磨制经验的青年自然而然地受到了招聘委员会的青睐。

汤博工作后的主要职责是协助天文学家开展观测，寻找罗威尔天文台创始人帕西瓦尔·罗威尔（Percival Lowell）终身致力寻找的那颗影响海王星运行轨道的、未知的X行星。汤博寻找行星的方法是当时最普遍的方法—闪视比较法，即在不同的夜晚拍摄各个天区的星空，即使后将不同夜晚拍摄的同一天区照片进行快速切换，从固定不变的恒星背景中发现那些移动了位置的物体。

图. 发现冥王星的美国天文学家汤博

凭着认真细心和坚韧不拔的品质，经过8个月的巡天努力，1930年2月18日，汤博终于从当年1月份拍摄的照片底片中发现了一颗极为暗淡的移动天体。这颗移动天体后来被证实是一颗新行星。根据一位11岁英国小女孩的提议，这颗新行星后来被命名为冥王星（Pluto），即罗马神话中掌管冥界的地府之神。这个重要发现，将太阳系的边界从海王星轨道扩展到了冥王星轨道。自1846年发现海王星以来，人类已经整整84年没有发现过新行星了。

自首次发现以来，冥王星在九大行星中一直争议不断。冥王星既不属于类地行星，也不属于类木行星，而是一颗沉浸在远离太阳的黑暗太空中的冰态行星，表面平均温度低至-228℃。因此，冥王星一直被认为是太阳系的“孤儿”，在空旷、寒冷、黑暗的太阳系边缘静静地运行。

太阳系“新大陆”

事情的转机源于一些科学家认为，冥王星所在的太阳系空间不应该如此空旷，即冥王星应该有它的伙伴。

地球上不时可以观测到的彗星和小行星都是太阳系中行星形成之后的残留物。我们知道，彗星每次经过太阳附近时都会被加热而丧失一部分质量，由于太阳系形成至今已有46亿年，若没有一个彗星仓库不断补充新的彗星，现在的人类不可能再观测到彗星。由此，荷兰裔的美国天文学家杰拉德·柯伊伯（Gerard Kuiper）1951年提出，在冥王星以远存在一个由大量天体组成的天体盘，由于天体之间的引力扰动，导致一些彗星被驱逐出天体盘而飞临太阳附近，不时光临地球的短周期彗星即来源于此地。天文界后来把这个天体盘命名为“柯伊伯带”。

由于柯伊伯带远离地球，太阳光十分微弱，沉浸在黑暗中的这些小天体很难观测。直到20世纪90年代，柯伊伯带还只停留在猜想阶段，缺乏实际观测证据的支持。

1992年，先后在美国加州大学伯克利分校和麻省理工学院攻读研究生的越南裔美国天文学家刘丽杏（Jane Luu）与她的导师大卫·朱维特（David C. Jewitt），利用并不先进的夏威夷大学毛纳基山天文台的88英寸望远镜，历经5年的努力，终于在1992年发现了第一个冥王星的小伙伴，临时编号为“1992 QB1”的15760号小行星。紧接着，天文学家在柯伊伯带发现了越来越多的小天体。至2006年新视野号探测器发射前，人类已在柯伊伯带发现了一千多颗小天体，而该天体盘的小天体总数可能在10万颗以上。

柯伊伯带的发现使传统的太阳系形成理论不得不进行修正。根据计算机数值模拟的结果，柯伊伯带天体是太阳系形成初期的原始冰冻天体残留至今的，它们曾经应该在更靠近太阳的位置，由于海王星的运行轨道向太阳方向迁移，为维持角动量的平衡，柯伊伯带天体被赶向远离太阳的轨道。以冥王星为首的柯伊伯带天体，被冰封在远离太阳的天体盘内，组成了类地行星和类木行星之外的太阳系“第三区”。

作为柯伊伯带已知的最大天体，冥王星是进入这片太阳系新大陆的大门。“太阳系中的这一区域存在诸多谜团。”新视野号首席科学家斯特恩指出：“探索冥王星和柯伊伯带就像是在太阳系新大陆进行的考古发掘工作，可以发掘出太阳系行星形成时的最初状态。”

（本文发表于《科学世界》2015年第10期）