美宇航局擬在本世紀30年代發射天王星或海王星探測器

左為天王星，右為海王星

鳳凰科技訊 據《新科學家》雜誌網站北京時間6月21日報道，海王星和天王星從未引起過人類的太多關注，從太空探測史上看，也只有一艘飛船從這兩顆遙遠行星附近飛過。但這種情況可能會發生改變：美國宇航局一個小組已經提出了天王星或海王星探索計劃，打算向這兩顆行星發射探測器，收集有關其物理化學構成的數據。如果發射成功，這種任務將幫助我們對這兩顆冰凍巨行星以及其他類似行星有更多的了解。

具有極高的科學價值

美國宇航局「冰巨星十年預研計劃組」（Ice Giants Pre-Decadal Study group）聯合組長艾米·西蒙（Amy Simon）表示：「首選任務方案是發射一枚軌道器，對天王星或海王星的大氣構成進行探測，這將帶來最高的科學價值，讓科學家對這兩顆星球的方方面面展開詳盡研究，包括它們的光環、衛星、大氣和磁場結構等等。」

該小組目前提出了4個不同的備選方案，其中三個是軌道器項目，一個則是飛掠天王星的項目，最後一個項目將攜帶窄角相機，用於拍攝高清圖像，尤其是拍攝天王星的衛星。此外，它還將釋放一台大氣探測器進入天王星大氣層，對氣體成分和重元素含量進行測量。

軌道器發射任務一定會攜帶窄角相機、多普勒成像儀以及磁強計這三種科學儀器。如果軌道器能夠攜帶多達15種科學儀器的話，那麼肯定要增加等離子體探測儀、紅外與紫外相機、塵埃顆粒探測器以及微波雷達等設備。

在軌道器發射任務中，目前有兩種備選方案：一是發射一艘飛往海王星的軌道器，並攜帶一台能夠沖入海王星大氣層的小型探測器；二是讓這艘飛船改去天王星，設計方案不變，但捨棄掉沖入大氣層的小型探測器，這樣就能讓軌道器母船安裝多達15台不同的科學儀器。

惡劣的天氣狀況

這種探測任務最重要的兩個科學目標是，一是確定這些冰凍巨行星的成分；二是確定其內部結構以及不同元素丰度。

其他目標還包括：對磁場、氣候與天氣進行研究；對海王星和天王星的衛星進行深入研究；弄清楚海王星和天王星的光環為何與土星光環之間的不同。如果探測器最終確定的目標是海王星，那麼還需要對其最大的衛星「海衛一」進行考察，因為它很有可能是被捕獲的一顆大型柯伊伯帶天體，存在某種「噴泉」以及非常稀薄的大氣層。

美國加州大學聖克魯茲分校的喬納森·福特尼（Jonathan Fortney）更支持讓探測器飛往天王星：「相比海王星，天王星擁有更大規模的衛星系統，這些衛星可能是在環繞天王星周圍的光環系統內形成的，就像木星和土星的光環系統的情況。這種數據對於開展比較行星學研究是非常有幫助的，由於有機會更好地理解這些小型天體之間的差異性，所以我感到非常興奮。」

科學家為什麼要探索這些遙遠的冰凍巨星呢？答案就是，在我們迄今發現的所有系外行星中，海王星大小的行星數量是最多的。西蒙表示，理解海王星與天王星的形成過程，有助於科學家了解冰凍巨行星之間的差異性，以及它們的數量為何如此之多。她說：「例如，這些信息將有助於我們了解系外行星系統的形成機制。」

面臨諸多障礙

不過，這種探索任務也面臨著諸多障礙。探測器要在太空飛行至少14年時間才能抵達目的地，原因就在於天王星或海王星距離太陽過於遙遠，不足以進行太陽能發電，因此探測器就需要攜帶核電池。美國宇航局使用的鈈-238原子電池存在供應短缺問題，因為數十年來國際上對鈈-238的濃縮提煉有著嚴格的限制。從2013年開始，小規模的提煉工作才被再次允許進行。

如果運氣足夠好，我們將可以在2034年發射天王星探測器。但如果美國宇航局錯過了那一發射窗口，就只能再等上一段時間了。

美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）的馬克·霍夫斯塔特（Mark Hofstadter）說：「對於天王星探測器來說，理想的發射窗口介於2034年到2036年之間。至於海王星探測器，如果錯過了2030年，以後的機會會更少，因為很難利用木星的引力進行借力飛行。你只好再等12年，在大約2041年左右的時候再次嘗試發射。所以，如果想去探索天王星，現在就應該開始準備了，而要是開啟海王星探索任務，時間就更加緊迫了。」（編譯/清辰）