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全球科學家爭奪10億美元,誰能贏得美國國家航空暨太空總署新視野計劃的青睞?

2024-03-02科學

倒計時已經開始,世界各地的科學家正在爭奪美國國家航空暨太空總署(NASA)的選拔, 計劃一項任務並建造一艘飛船,穿越太陽系解開一些其最大的謎團。

經過9年多的旅行,小型探測器終於接近了冥王星的目的地,它將以接近50,000公裏/小時的速度進行近距離飛越,捕捉大量有關矮行星品質、大小、溫度和大氣層變化的數據以及星球及其衛星冥衛一的令人驚嘆的近距離特寫。

新視野號飛越冥王星

「新視野」 號任務於2015年夏季抵達冥王星,其飛越取得了巨大成功,這是美國國家航空暨太空總署「新視野」太空計劃下的第一個任務。新視野的目標是進一步探索我們自己的太陽系,迄今為止,已經有四個科學團隊被選中並獲得任務資金。

去年,美國國家航空暨太空總署公布了第五個計畫的潛在目的地,邀請來自世界各地的科學團隊送出任務提案。獲勝者將於2026年宣布,然後選定的團隊將獲得預計超過10億美元總任務成本中約9億美元的資金,利用這筆資金將他們的計畫從設計圖紙階段一直推進到最終準備發射到太空的飛行器。

創造歷史

新視野計劃是美國國家航空暨太空總署科學家愛德華·韋勒和科琳·哈特曼的心血結晶。他們希望為太陽系內的任務制定一個新的資助計劃。美國國會於2002年被說服撥款,該計劃於2003年啟動。

該計劃的目的是支持經濟上處於「中等」水平但具有高科學報酬的太陽系內任務。這意味著任務可能比「發現」計劃下進行的任務更昂貴,後者通常耗資高達7億美元。但它們比大型旗艦任務更便宜,其中最著名的哈伯和詹姆士·韋伯太空望遠鏡。詹姆士·韋伯的總成本將至少為97億美元,而最新新視野任務的財務框架預計開發成本高達9億美元,加上發射本身的成本,通常為1-2億美元。

當新視野計劃啟動時,首選任務之一是最遙遠的挑戰之一:冥王星,這是新視野號任務的目的地。

後來又增加了三個。 第二個任務是朱諾號探測器, 該探測器於2003年首次提出,2011年發射,並於2016年7月4日抵達木星。

朱諾號展示了木星的新面貌

第三個發射執行任務的新視野飛船是OSIRIS-REx探測器 ,它於2016年離開地球,於2020年抵達小行星貝努,降落在其表面並取樣。它去年帶著珍貴的貨物返回了地球。亞利桑那大學的研究人員領導了該計畫,其中兩位科學家早在2004年就首次討論了潛在的小行星取樣任務。

OSIRIS-REx 對小行星進行了采樣

龍蜻蜓號 任務將前往土星的衛星泰坦,計劃於2027年出發,目標是 2034年抵達泰坦 。包括龍蜻蜓號,新視野計劃將派遣任務前往太陽系中四個截然不同的物體:一顆矮行星、一顆氣態巨行星、一顆小行星、一顆大型衛星。那麽下一個目的地會是什麽呢?

蜻蜓探索土星衛星

美國國家航空暨太空總署(NASA)為科學團隊提供了六個潛在的「新視野」探測目的地。其中兩個目的地位於月球,其任務是繪制月球內部地圖或探測其南極的一個巨大隕石坑。第三個目的地是一顆未指定的彗星,任務將從這顆彗星上取回樣本。

剩下的三個目的地位於外太陽系。

第一個是木星的衛星「艾奧」,探測器將繪制該星球的火山活動圖。

第二個是土星,任務是研究氣態巨行星的大氣層。

最後一個目的地是土星的衛星「恩克拉多斯」。這顆衛星冰凍的表面下隱藏著液態海洋,一些科學家認為我們可能在那裏找到生命的跡象。

自NASA宣布以來,世界各地的團隊已經開始制定計畫,其中包括一個可能前往冰冷的恩克拉多斯的任務的競爭者。

冰凍衛星可能孕育生命

我們擁有來自卡西尼號太空探測器的大量數據,該探測器在2004年至2017年環繞土星執行時收集了這些數據。

卡西尼號探測器提供了迄今為止來自土星及其衛星,包括冰封衛星恩克拉多斯的最佳數據。

卡西尼號測量了從恩克拉多斯噴向太空的噴泉,讓研究人員了解了冰粒中與噴泉物質不同的物質,因此也了解了冰蓋表面下海洋的物質。 科學家們仍在數據中發現新的元素,但已經在冰粒中觀察到所有生命發展所必需的元素和有機分子。磷元素一直缺失,直到2023年,一個國際研究團隊提供了證據證明磷確實存在。

在NASA為「新視野」五號任務選擇的六個目的地中,恩克拉多斯是唯一一個除了液態水之外,還擁有所有生命的基本組成部份的目的地,因此它具有孕育生命的潛力。這在競爭中可能是一個優勢,因為「新視野」計劃不僅是為了獲得新的科學知識,而且還為了與公眾分享這些知識,並激勵年輕人接受科學和技術的教育。尋找生命永遠是一個引人入勝的話題。

但是,如果「新視野」五號任務不去恩克拉多斯,那麽彗星也是另一個強有力的提議。2019年,科學家們提出了一項名為CAESAR的彗星任務,它在成為第四次「新視野」任務的競爭中排名第二。這表明彗星是美國國家航空暨太空總署願望清單上的重要計畫。

淘汰賽開始

下一項「新視野」任務遴選過程的第一道障礙是滿足美國國家航空暨太空總署為潛在任務提出的100多項要求。一旦滿足這些要求,每個提案都會由不同領域的專家小組進行審查,包括技術航天專家、會計師以及專註於月球、恩克拉多斯和其他目的地的天文學家。

透過審查的少數提案將由美國國家航空暨太空總署和美國政府官員任命的兩個委員會進行評估。其中一個委員會將提案分為四類,以表明它們與「新視野」的宗旨有多麽匹配以及它們成功的可能性有多大。 只有進入最高級別的提案才能進入第二個委員會,該委員會將選出最終的獲勝者。

在這一過程進行的同時,之前的「新視野」任務獲勝者繼續探索太陽系。奧西裏斯-雷克斯號正駛向一顆新的小行星,朱諾號仍在環繞木星執行。

(2014年,歐空局的「羅塞塔」太空探測器將「菲萊」艙降落在67P/丘留莫夫-格拉西緬科彗星上。其目的是研究彗星是否含有復雜的生物分子。「新視野」方案下的一個新彗星探測器將具有相同的目標。)

即使在更遙遠的太陽系,新視野號探測器也正在履行「新視野」的使命。

它現在位於古柏帶的邊緣:古柏帶是位於海王星軌域另一側的太陽系內的一個由矮行星、小行星和彗星組成的環。美國國家航空暨太空總署的天文學家正在探測探測器路徑上令人興奮的天體,以便我們能從任務中了解更多資訊。只有當古柏帶的燃料被耗盡後,新視野號才會掉頭並將網路攝影機指向其起始點。希望在網路攝影機被太陽背光摧毀之前,最後拍攝一張地球的照片……讓失明的探測器沖向星際空間。

如果一切按美國國家航空暨太空總署的計劃進行,「新視野」五號任務將是另一個將在發射後多年繼續向地球發送科學數據的任務,為新一代科學家提供潛在的洞見和發現。