与专家面对面——直面新视野号飞掠冥王星

<P align=center> </P><P align=center>“与专家面对面”活动现场</P><p>　　主办：中国科学技术协会</P><p>　　承办：网举办的科普中国“科学为你解疑释惑”活动。关于这个话题我们请到了三位嘉宾：朱进研究员，北京天文馆馆长、研究员，北京古观象台台长，《天文爱好者》杂志主编，中国天文学会普及工作委员会主任。张华伟教授，北京大学物理学院天文系副教授、博士生导师，北京大学青年天文学会指导教师，主要研究领域为恒星元素丰度和银河系化学演化。郑永春博士，是中国科学院国家天文台副研究员，国家科普专家，首届香江学者、中国科学院青年创新促进会首批会员，主要从事月球与行星科学、太阳系探测方面的研究。我们感谢各位专家的到来。</P><p>　　其实我们今天聊的就是新视野号去看冥王星的这件事，大家肯定也听说了，对于我来说外行人第一个想法啥是冥王星，我们都听过冥王星，也知道它现在不是太阳系的几大行星之一了。</P><p>　　我们请朱馆长给我们讲讲什么是冥王星？</P><p>　　朱进：冥王星是在轨道上绕着太阳运动的天体，我们之前把它作为九大行星之一，2006年国际科协联合会给一个新定义，我们太阳系目前行星是八个行星，以前的概念没有了，冥王星和其他比较大个的叫做矮行星，另外我们也有小行星，之所以给它降级不让它做大行星，冥王星跟一大堆从轨道上看跟它相近的，和这些不计其数的小天体在非常类似的轨道上绕太阳运动，如果把冥王星叫大行星的话，其他的小星体也要叫做大行星，这个很不公平，所以以后把它拿下，不把它当做和其他几个行星一样的行星了。</P><p>　　张力巍：什么叫做新视野号？</P><p>　　郑永春： 新视野号是美国发射的一颗探测器，2006年1月19号发射，到2015年7月14号实现近距离飞越冥王星，最近时距离冥王星1.25万公里。其实这仍然是很遥远的距离，所以现在看到的冥王星照片都是从1.25万公里以外拍到的。新视野号于当天晚上19点49分57秒最接近冥王星，20点03分50点抵达最接近冥卫一的位置，距离冥卫一2.88万公里，所以冥卫一的照片图片都是从2.88万公里以外获得的。新视野号飞到冥王星用了将9年半时间，飞越了48亿公里。地球与月球的之间距离是38万公里，新视野号飞了48亿公里，这是几万倍的差距。</P><p>　　张力巍：新视野号飞掠几十亿公里，到底为了揭秘冥王星什么内容？</P><p>　　张华伟：太阳系是我们的家园，生活在太阳系当中，人们肯定对太阳系的起源以及它的演化非常感兴趣的，人类有了科技能力之后，陆续探测周围天体，对水星、金星、火星都进行探测。冥王星距离我们非常遥远，地球距太阳差不多1.5亿公里，这叫做一个天文单位，而冥王星距离太阳差不多平均是40多亿公里，太阳系诞生以后，天体演化很多，或者说改变很多。一般认为冥王星这样的天体更多保留了天体演化原始的状况，我们认为它是太阳系形成的化石，我们可以从冥王星了解太阳系初期很重要的信息，这对我们来说是非常重要的。</P><p>　　张力巍：在地球上看不清冥王星吗，为什么一定要飞过去看？ </P><p>　　张华伟：在地球上，用2.2米直径望远镜，我们看到的冥王星是暗淡的小圆点，至于它上面有没有生命、海洋、大气，我们都不了解，这时候就需要派探测器到那里近距离地观测。</P><p>　　张力巍：这次新视野号看到外星人了吗？</P><p>　　郑永春： 外星人没有，在冥王星这么远、这么寒冷的地方，是不可能有传统意义上的外星人，也就是地外高等智慧生命在那生活。即使有的话，也只能是低等地外生命，不是外星人。</P><p>　　张力巍：新视野号在冥王星上面看到什么，有山有水吗？</P><p>　　朱进：这次新视野号飞过去了，拍到了非常近距离的照片，新视野号除了光学还有其他波段的设备。十年前当时设计数据传输比较保守，传送数据很低，这次近距离过去以后获得所有科学数据现在逐渐的往回传，需要一两年的时间传过来，我们对它的了解有一个逐步的过程，大家可能每过一段时间就会有意思的数据，表面上拍了一些山，比较近的时代里面有一些地质活动的迹象。</P><p>　　郑永春：虽然，新视野号飞越了冥王星，但对它的研究才刚刚开始，刚才朱馆长介绍探测数据需要16个月的时间才能传回数据，因为传输速率只有每秒1.68KB，现在家里宽带的网速可以达到百兆网速，地球与冥王星之间的网速要慢得多得多。而且，这些探测数据不是每时每刻都能传的，跟地球不能通信的时候是没办法传数据的，探测数据传回地球后科学家才能分析这个数据。虽然，把这些数据传回地球需要16个月，但科学家研究这些数据可能需要五到十年，所以我们对冥王星的了解才刚刚开始，之后的16个月里面、甚至五到十年内都会不断有新的重要发现，请大家一直关注下去。</P><p>　　张力巍：新视野号为什么能飞那么久？</P><p>　　朱进：绝大多数靠太阳引力，发射的时候调试轨道需要一些额外的能源。我们以前发射的很多探测器普遍都是太阳能板为主，但是因为冥王星太远了，所以还需要其它的能源。</P><p>　　郑永春：新视野号飞这么远，它去的地方比我们（会场）这里暗得多。新视野号没有翅膀，没有太阳能板，不靠太阳能发电。它上面有一个反应堆，用二氧化钚发电。新视野号一共带了77公斤燃料，其中有10.9公斤是二氧化钚，实际上带的常规燃料是66公斤，这66公斤燃料可以点火，点火之后给飞船动力，相当于带了一个液化气罐，因此每点火一次，燃料就变少一点。新视野号携带的这些燃料不足以让它老踩刹车和进行轨道调整，因此需要借助别的手段，包括木星借力，用木星强大的引力加速，可以获得每小时两万公里左右的加速度。</P><p>　　张力巍：飞行的过程中有一段时间新视野号失联了？</P><p>　　郑永春：2015年7月4号，新视野号突然与地面失去了联系，大家都非常紧张。当时，全世界的科学家和公众都在等新视野号传回来的信号，但地面突然联系不上它了，很幸运的是，1小时20分钟之后，它跟地面联系上了。后来分析故障原因，发现新视野号带的计算机能力非常有限，只能同时执行一条指令。当时，新视野号探测器正在压缩数据，以腾出空间给即将飞越时采集的新数据。但地面科学家又发了一条指令让它执行。当同时执行两条指令的时候，计算机当机了，进入自我保护状态。当然，计算机重新启动之后，故障就解决了。</P><p>　　张力巍：在飞过冥王星之后，新视野号以后要飞到哪去？</P><p>　　张华伟：柯伊伯带，冥王星也是属于柯伊伯带，从50个天文单位到100个天文单位的这个量级。新视野号在后面十几年之间在柯伊伯带里飞行，有机会接近另外几个稍微大一点柯伊伯带的天体，对它们进行近距离的观测研究。</P><p>　　张力巍：新视野号在冥王星有什么发现吗？</P><p>　　朱进：目前为止是很成功，开始没有太多的预期，拍个照片就已经是成功。</P><p>　　郑永春：新视野号的科学家打了一个比方，新视野号本来只是希望晚上出去散散步，没想到一路上惊喜不断，不断有新发现。在冥王星表面发现了一个心型图案，一下子把全世界的爱好者吸引过来了。之后，又发现冥王星上有山脉、峡谷，以及一些平坦地形。新视野号任务之前，大家以为冥王星表面可能是非常古老的，但探测发现冥王星表面非常平坦，表面撞击坑越少说明越年轻，这说明冥王星表面非常年轻的。这就提出了一个新的问题，冥王星内部一定在不断释放能量，使它保持这么年轻的表面。</P><p>　　张华伟：除了冥王星表面之外，大气层也是非常有意思的，地球大气有71%的氮21%的氧，新视野号飞越冥王星，分析大气的成分，大气高度密度等等也是非常有意思的事情，新视野号发现冥王星大气层有甲烷，有氮气，这个成分怎么形成的？因为冥王星跟地球、木星相比并不一样，地球上是岩石型，木星是气体星球，冥王星是另外一种类型，以前从地球上观测、从哈勃望远镜观测，可以看到冥王星，看几十光年，几百光年，几万光年以外的东西，都是看得见的，但是注意看得见和看得清楚的概念，我们看得见就是一个圆点，但看不清上面哪里是山、哪里是平原。必须要到附近去看，才能真正把照片拍下来，看它表面结构也好、分析它的大气成分。</P><p>　　张力巍：太空探测下一步绕冥王星，甚至登上冥王星，有多大的难度？</P><p>　　朱进：以后会更难，今年是冥王星绕轨道离太阳系最近的，以后冥王星离地球越来越远了，绕一圈接近250年，在250年之内这几年是最好的时机，过十年二十年想再发射一个，要飞越的距离就更远了。</P><p>　　郑永春：新视野号虽然用了9年半的时间，但对冥王星探测器来讲是非常快的速度了。如果采用现有技术，下一次以这么快的速度到达冥王星的机会要到23世纪才会再次出现。</P><p>　　张华伟：我们要考虑到人类的进步，火箭技术是二战末期发展起来，到现在是70年，试想一下200年之内人类的技术能先进到什么程度，可能在座各位看过3D电影，3D电影有很多非常先进的推进技术，人类科技进步在加速，也许再过多少年之后有更好的加速手段可以替代。</P><p>　　张力巍：我还查到关于飞行器上带了很多东西，其中包括冥王星发现者的骨灰，带了45万网友的签名，不知道各位专家有什么想法？</P><p>　　张华伟：让公众理解天文是非常重要的，理解某些的项目，为什么要做这件事情？非常重要。现在花那么多钱去建一个新视野号一定要给大众一个理由，这件事情是非常重要值得做的，把钱花在这是值得的，带发现者骨灰也好、带网友签名也好，都是这样的目的，让大家参与到这件事情当中，让大家理解这件事情跟我有关系的，这件事情是重要的，美国这种拨款体制要有公众支持有民意才能做这个项目拿到钱。我们中国以后也是这样的，我们搞天文学研究的话，已经不在是科学工作者自己的事情了，有义务把我现在在做什么，我有哪些成果向公众发布，让公众理解这件事情，拿钱做这件事情是有意义的是重要的。现在有很多事情，比如说给行星命名等都是非常有重要的意义。</P><p>　　朱进：你如果仔细看这个项目总共的花费目前为止是40亿人民币，航空、天文研究有很强的应用背景，或者有一些跟国民经济相关的，有一些跟国防相关的，而新视野号是极其单纯纯花钱的项目，更大意义还是对青少年的探索精神或者人类探索的精神的激励。</P><p>　　郑永春：这是非常明智的，用很少的钱传播科学精神，探索未知世界。这里有三个理由。第一，中国应该要做这样的事情，才能逐步建立我们中国在世界上的领导力，因为太阳系探测是代表全人类去做的，对全人类都有意义，我们在这方面要做些事情。第二，向那么遥远的地方派一个探测器去有什么意义？实际上越远、越难，说明对航天技术的带动能力越强。航天器要飞行十年，十年后这个航天器还能工作，还能拍回来照片，冥王星这个地方以前从来没有航天器去过，是一个完全未知的世界，对航天技术的带动能力是非常强的，所以第二个理由是太阳系探测对航天技术的牵引，航天技术的提升又能造福人类生活。第三，对纳税人有一个交代，这些太阳系探测任务，包括嫦娥1号、2号都是用纳税人的钱开展的，应该对全体国民和纳税人有一个交代，用这些钱做了什么事情，获得了什么科学发现，需要在全社会传播科学精神。</P><p>　　张力巍：好的，感谢三位专家的精彩讲解，现在我们把时间留给现场观众，谁要有问题可以举手示意我们工作人员。</P><p>　　提问：三位专家好，向你们这种精神致敬，我对太阳系有一个小疑问，关于木星，我们知道它是一颗气态行星，在木星上面有一颗陨石1996年掉下去了，如果是气的话陨石掉下去产生火花说明撞击到了硬的东西，请专家能不能做一些解答？</P><p>　　郑永春：上世纪90年代，发生了一次慧木撞击，慧星被木星强大的引力所吸引，撞击到木星表面后留下一个个伤疤，这些伤疤非常大，能把我们整个地球装进去。假如这样一个碎片撞到地球上，可能今天我们就不会在这里了。第二，木星是一颗巨行星，是气液态的行星，里面有一个液态的表面，越到里面压力越大，木星大气层的外层，是比较稀薄的，越到里面压力越大，压力大到一定程度气态就变成液态的表面。这些气液态物质都是靠引力束缚的，就像太阳也是靠引力聚集在一起的。</P><p>　　张华伟：1994年我是研究生毕业，我在苏州观测这个现象，刚才说并不需要一定是有一个硬制的表面才能有这种火花，一个流星穿越之后可以摩擦生热，温度很高会达到燃点，在大气中变得很热就炸起来了，这个并不是固体就会爆发。我们地球上也是一样，流星不一定会撞倒地球表面，小一点在空中就会爆炸了，热了之后就爆炸了，不一定是岩石表面或者硬质的表面。</P><p>　　提问：三位专家，我想问一个这样的问题，现在大家一直比较关心的，有人说太阳会熄灭，那么太阳再过多少年会熄灭，太阳熄灭以后会变成黑洞吗？</P><p>　　张华伟：太阳作为一个恒星来说它的寿命取决于它的质量，理论上它的寿命是100亿年，太阳现在差不多50亿年，正在处于太阳的中年期，年富力强的时候，再过50亿年太阳会结束它的生命，以什么方式结束？首先它会膨胀变得很大，把地球都会吞没掉，太阳的结局是白矮星，核心形成一个白矮星，外面一层吹散，那时候我们早去其他星球了，这个不用担心，另外太阳命运终结点不会是一个黑洞，会是一个白矮星。</P><p>　　朱进：如果人类真的再活50亿年，也是奇迹。</P><p>　　提问：谢谢专家们的讲座，我有一个问题，在未来的几十年甚至几百年后人类飞船有没有可能达到接近光速？</P><p>　　郑永春：现在的航天器都是靠燃料飞的，一般用液氢、液氧作燃料，也可以用液氧、煤油作燃料。火箭的飞行速度取决于燃料性能，利用现有的燃料和发动机，航天器很难飞出太阳系。新视野号现在飞到四、五十个天文单位，但太阳系的半径是十万个天文单位，所以新视野号距离太阳系边缘还有九万九千多个，没有办法飞出去。当然，今后会有一些新的航天技术，比如时空穿越，从理论上讲存在的，但是现在还没有办法变成现实；如果星际航行理论变成现实，能够实现时空穿越，那么到多少光年之外都不是大问题。这取决于人类对科技知识掌握程度，取决于我们的努力程度。</P><p>　　张华伟：需要一代又一代科学家的努力，也许我们这一代不可能看到这个进步了，但是人类进步是在积累的。</P><p>　　朱进：科技发展超乎人类的想象，500年前没有人想象飞机在天上飞的，按照我们目前现有的科技理论、物理理论来讲，我个人认为接近光速不可能，到不了，科幻小说里面有。 </P><p>　　提问：老师，我对外星人这块比较感兴趣，今天很荣幸的遇见了三位专家，我想问有很多人说火星最有可能发现外星人，也有很多人说开普勒452B最有可能发现外星人，把整个银河系算上，到底哪颗行星上最有可能有外星生命？</P><p>　　郑永春：火星上没有发现外星人，但火星上发现了大规模水的痕迹，现在火星上发现了干涸的湖泊、三角洲、冲击扇等，说明火星上曾经有大规模的水。但是，火星上没有发现现存的生命，更不会有外星人。火星是太阳系里面最像地球的行星，它有大气层，也有比较弱的磁场，有固态的表面，质量大小跟地球比较相似。如果人类要移民到外星球，要去那个地方生存下来，如果未来人类面临灭顶之灾时我们要选一个避难所，可能火星是最好的选择。</P><p>　　张华伟：外星人我们叫做智慧生命，地球上有很多目击事件我们看到外星人，看到UFO，从科学角度来说这些都不能成为有外星人存在有地外生命存在的证据，这些证据靠不住的。寻找第二个地球。你看地球这样的条件，有这样的温度，有这样的环境就出现了生命，出现了智慧生命，另外一个星球跟地球这种环境条件都非常接近，是不是也存在智慧生命，我们把地球上有液态水存在的温度，零度到100度叫做宜居带，生命易于生存的宜居带，有液态水存在，有机物比较容易凝集在一起，形成复杂的分子，这些复杂分子形成生命，如果外星球有生命也是这样的，把这件事情变成寻找另外一个跟我们地球条件很相似的星体，讲开普勒452B，这个星体各种条件跟地球非常接近，它的温度各种非常接近，如果生命不是神造的话，这种条件下应该它也会有生命存在，我们不知道它是什么，但至少跟地球很像，希望在那里找到生命，可是离找到生命还差得很远。去冥王星飞了十年时间，飞到另外一个星球需要更久的时间，今天的科技水平还难以实现，过一百年后也许会达到吧。 </P><p>　　朱进：我说一下个人的观点，地外生命我认为在太阳系其他地方会被发现，包括火星可能未来也会发现，这个靠研究。外星人叫做地外高等生物，作为外星人来讲银河系里面肯定有，早晚有一天我们会发现的。</P><p>　　提问：请问冥王星那颗心是怎么形成的？</P><p>　　郑永春： 冥王星表面的心形图案实际上是一大片平原，比较光滑的平原，这个区域的反照率比别处高一点。虽然看到的冥王星照片都比较明亮，但实际上如果亲眼去看看的话，看到的冥王星并不是这样子，冥王星表面的光照只有地球上的千分之一，冥王星要比照片上看到的暗得多。心形区域是由各种各样的冰组成的，有甲烷冰、氮冰、水冰。所以这是一片非常大的平原，平原上都是各种各样的冰。新视野号在平原上发现了很多的沟渠，比周围要深一点、凹下去。为什么有这些沟渠呢？我们知道，池塘底下干掉之后会形成泥裂，会形成这样的沟渠。在平原上也发现一些山脉，最高达到3500米高度，只有通过造山运动才能把这个山脉抬升起来。心形区域表面的撞击坑非常少，说明该表面是新近形成的。因为古老表面会有很多小行星撞击在上面，留下很多的撞击坑，心形区域表面的撞击坑很少，说明后期地质作用把撞击坑抹平了，也可能是那些冰熔化之后把撞击坑抹平了。但是，是什么能量使冥王星表面的冰熔化，或者把山脉抬升起来，冥王星内部的能量来自何处，这是未来需要进一步回答的问题。</P><p>　　主持人：我们再提最后一个问题。</P><p>　　提问：黑洞到底通向哪里？</P><p>　　张华伟：其实我们对黑洞的了解非常有限，我们找到一些黑洞，但是黑洞是什么样的东西？里面的物理性质是什么样的？包括有没有层洞我们是不了解的，物理上是可以存在的，其实真正的了解非常少，只能说那个地方有一个黑洞，多大？我们可以把黑洞大小，质量可以测算出来，但是里面是什么样的？物理学没有发达到那个程度，像霍金大家都知道，霍金就是研究黑洞这方面的专家，他也是仅仅说黑洞外面的表象，蒸发等等这些东西，对黑洞内部的时空结构我个人理解是不了解的，像星际穿越的情况存在吗？理论上可以存在，但是实际上我们不知道，目前知识水平远远达不到理解这件事情的程度。</P><p>　　主持人：我们就这个话题讨论了新视野号，了解了冥王星，包括新视野号飞过去了以后发现了什么，得到哪些新的数据，还有我们人类探索宇宙一次一次的努力，希望观众这些话题的大朋友们继续坚持自己的兴趣，多关心这个话题。喜欢天文学小朋友们大家好好学习，谢谢大家！</P><p>　　最后感谢自然博物馆对本次讲座的大力支持！</P><p>　　【“科学为你解疑释惑”由中国科协、腾讯公司联合主办，旨在及时、准确、便捷为公众解答科学、科技疑问，破解谣言，扩大科普覆盖面，提升科普影响力，最终提高公民科学素养。】</P><p>　　</P><P 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