旅行者号为什么没有探访柯伊伯带天体？

joneluz

这几天刚好是旅行者1号飞掠木星40周年，旅行者1号和2号作为人类向太阳系外探索的先锋，也已经先后进入了星际空间（前情提要：为什么说NASA的旅行者二号已进入星际空间？这意味着什么？）。


另一边，2019年1月1日，已经离开冥王星多时的新视野号探测器终于来到了它的下一个目标：柯伊伯带小天体2014 MU69（昵称“天涯海角”）——这是人类的探测器首次探访柯伊伯带小天体。（前情提要：如何评价美国「新视野号」飞越太阳系边缘的「天涯海角」？）


可是，不对啊…明明是旅行者1号和2号飞在前面啊，它们怎么没有探访柯伊伯带天体呢？！新视野号的PI（项目负责人）Alan Stern表示，这是他最经常被公众问到的问题之一。


原因其实很简单，那就是…那时候压根还不知道有柯伊伯带这玩意儿[1]。


1989年8月，一生拍遍了外太阳系四大行星的旅行者2号千帆过尽，自此没有再使用它的相机。
1990年的情人节，旅行者1号在飞到距离地球约40.5个天文单位（60亿公里，比冥王星的轨道还要远）的时候，为太阳系拍摄了最后一套全家福，其中就包括著名的“暗淡蓝点”——太阳系中渺小的地球。
旅行者1号拍摄的太阳系全家福。来源：NASA[2]


记住这个时间点，1990年后，2艘旅行者号就都已经永远停止了相机的工作。


但“后知后觉”的人类啥时候才知道柯伊伯带的存在的呢…1992年…那时候旅行者1号已经基本飞出柯伊伯带了…
也就是说，当旅行者号在柯伊伯带中飞行的时候，人们还不知道那是柯伊伯带，也几乎不知道柯伊伯带有什么天体可以探测，除了冥王星。


那么旅行者号又为什么没有去探访冥王星呢？
对旅行者2号来说，飞掠海王星之后的轨道已经不允许它再飞往冥王星了。
而旅行者1号在离开土星之后，倒确实曾经考虑过去造访冥王星，最终，科学家们否决了这个方案，转而选择前往神秘的、同时也是更容易抵达的土卫六一探究竟。


退一步说，即使那时候人们已经知道柯伊伯带的存在了，旅行者号能像新视野号一样飞掠并探测一颗像“天涯海角”那样的小天体么？
还是不行。
寻找探测器会路过的天体是很难的，因为合适的目标天体太少了，别说冥王星那样很大个儿的了，天涯海角那样直径30多公里的天体都很难找。
为了找到这么小这么暗的会经过的小天体，需要哈勃望远镜出马才行。事实上，新视野号的探访目标“天涯海角”，就是哈勃空间望远镜2014年找到的。
绿圈中就是哈勃望远镜找到的2014 MU69，当时的编号是1110113Y。图像是每10分钟间隔拍摄的影像的合成图。来源：NASA, ESA, SwRI, JHU/APL, and the New Horizons KBO Search Team[3]

但问题是，哈勃望远镜一开工就先天不足，拍照完全不行…直到1993年12月奋进号航天飞机的宇航员真人上去维修才修好…这时候…旅行者1号已经飞得更远了…
真人修探测器啊同志们…这种事儿以后怕是不会再有了…来源：维基


再退一步，即使那时候哈勃望远镜没坏，能找到天涯海角那样的探测目标么？
还是不行。
那时候的哈勃望远镜还没有足够灵敏到能探测到天涯海角那么小的天体，还需要更先进更灵敏的广角相机才行——这要等到2009年阿特兰蒂斯号航天飞机宇航员完成的第五次哈勃维修，替换上第三代广角相机（WFC3）之后才能办到。


再退一步，即使那时候哈勃望远镜已经足够灵敏了，能找到天涯海角那样的探测目标么？
不是绝对不行，但很困难。
因为柯伊伯带天体主要集中在黄道面上，而旅行者1号和2号在完成预定目标之后早已飞离了黄道面，所以它们可能经过的柯伊伯带天体就更加少了。
旅行者1号和2号的飞行方向。来源：NASA[1]


再退一步，即使能找到天涯海角那样的探测目标，能像新视野号一样探测这颗天体么？
还是不行。
事实上，旅行者1号和2号携带的仪器比新视野号还是弱太多了，尤其是相机。在2搜旅行者号发射的时代，如今已经非常普遍的CCD（Charge-coupled Device）相机还没有广泛投入使用，因此旅行者号使用的还是老式的摄像管（Vidicon tube）。
旅行者号使用的摄像管。来源：[4]


以这个拍照质量，即使旅行者号飞掠了天涯海角这样的小天体，也根本没有能力像新视野号那样把它清楚地拍下来，让科学家们研究它的细节。
新视野号近距离拍摄的天涯海角细节。来源：NASA/JHUAPL/SwRI[5]


总之，不用因为人类“后知后觉”了几年而惋惜，因为即使知道，也没有什么用…
因为…科技树还没点到位啊…
不过，也不妨开个脑洞：如果旅行者1号当年选择了冥王星，结果又会怎样？我们下次再八


拓展阅读      


终于，旅行者2号也进入了星际空间
2019的元旦，收到来自“天涯海角”的问候
您有一份来自“天涯海角”的礼物，需要查收两年
本来以为是颗花生，结果居然是块…煎饼？！
大家好，我叫“遥遥”，我也不知道这记录能保持多久…
有探索，也有发现，有新生，也有离别——这是2018年天文大事记（修订版）




参考  
[1] https://blogs.nasa.gov/pluto/2018/02/28/the-pis-perspective-why-didnt-voyager-explore-the-kuiper-belt/
[2] https://photojournal.jpl.nasa.gov/catalog/PIA00451
[3] Hubble Survey Finds Two Kuiper Belt Objects to Support New Horizons Mission
http://hubblesite.org/image/3401/news_release/2014-35
[4] http://www.digicamhistory.com/Spacecraft%201960s%20and%2070s.html
[5] https://www.nasa.gov/feature/new-horizons-spacecraft-returns-its-sharpest-views-of-ultima-thule
[6] https://voyager.jpl.nasa.gov/frequently-asked-questions/fact-sheet/
[7] http://pluto.jhuapl.edu/News-Center/PI-Perspectives.php?page=piPerspective_06_23_2014
[8] https://voyager.jpl.nasa.gov/frequently-asked-questions/

作者：一点资讯