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全球科学家争夺10亿美元,谁能赢得美国宇航局新视野计划的青睐?

2024-03-02科学

倒计时已经开始,世界各地的科学家正在争夺美国宇航局(NASA)的选拔, 计划一项任务并建造一艘飞船,穿越太阳系解开一些其最大的谜团。

经过9年多的旅行,小型探测器终于接近了冥王星的目的地,它将以接近50,000公里/小时的速度进行近距离飞越,捕捉大量有关矮行星质量、大小、温度和大气层变化的数据以及星球及其卫星冥卫一的令人惊叹的近距离特写。

新视野号飞越冥王星

「新视野」 号任务于2015年夏季抵达冥王星,其飞越取得了巨大成功,这是美国宇航局「新视野」太空计划下的首个任务。新视野的目标是进一步探索我们自己的太阳系,迄今为止,已经有四个科学团队被选中并获得任务资金。

去年,美国宇航局公布了第五个项目的潜在目的地,邀请来自世界各地的科学团队提交任务提案。获胜者将于2026年宣布,然后选定的团队将获得预计超过10亿美元总任务成本中约9亿美元的资金,利用这笔资金将他们的项目从设计图纸阶段一直推进到最终准备发射到太空的飞行器。

创造历史

新视野计划是美国宇航局科学家爱德华·韦勒和科琳·哈特曼的心血结晶。他们希望为太阳系内的任务制定一个新的资助计划。美国国会于2002年被说服拨款,该计划于2003年启动。

该计划的目的是支持经济上处于「中等」水平但具有高科学回报的太阳系内任务。这意味着任务可能比「发现」计划下进行的任务更昂贵,后者通常耗资高达7亿美元。但它们比大型旗舰任务更便宜,其中最著名的哈勃和詹姆斯·韦伯太空望远镜。詹姆斯·韦伯的总成本将至少为97亿美元,而最新新视野任务的财务框架预计开发成本高达9亿美元,加上发射本身的成本,通常为1-2亿美元。

当新视野计划启动时,首选任务之一是最遥远的挑战之一:冥王星,这是新视野号任务的目的地。

后来又增加了三个。 第二个任务是朱诺号探测器, 该探测器于2003年首次提出,2011年发射,并于2016年7月4日抵达木星。

朱诺号展示了木星的新面貌

第三个发射执行任务的新视野飞船是OSIRIS-REx探测器 ,它于2016年离开地球,于2020年抵达小行星贝努,降落在其表面并取样。它去年带着珍贵的货物返回了地球。亚利桑那大学的研究人员领导了该项目,其中两位科学家早在2004年就首次讨论了潜在的小行星取样任务。

OSIRIS-REx 对小行星进行了采样

龙蜻蜓号 任务将前往土星的卫星泰坦,计划于2027年出发,目标是 2034年抵达泰坦 。包括龙蜻蜓号,新视野计划将派遣任务前往太阳系中四个截然不同的物体:一颗矮行星、一颗气态巨行星、一颗小行星、一颗大型卫星。那么下一个目的地会是什么呢?

蜻蜓探索土星卫星

美国宇航局(NASA)为科学团队提供了六个潜在的「新视野」探测目的地。其中两个目的地位于月球,其任务是绘制月球内部地图或探测其南极的一个巨大陨石坑。第三个目的地是一颗未指定的彗星,任务将从这颗彗星上取回样本。

剩下的三个目的地位于外太阳系。

第一个是木星的卫星「艾奥」,探测器将绘制该星球的火山活动图。

第二个是土星,任务是研究气态巨行星的大气层。

最后一个目的地是土星的卫星「恩克拉多斯」。这颗卫星冰冻的表面下隐藏着液态海洋,一些科学家认为我们可能在那里找到生命的迹象。

自NASA宣布以来,世界各地的团队已经开始制定项目,其中包括一个可能前往冰冷的恩克拉多斯的任务的竞争者。

冰冻卫星可能孕育生命

我们拥有来自卡西尼号太空探测器的大量数据,该探测器在2004年至2017年环绕土星运行时收集了这些数据。

卡西尼号探测器提供了迄今为止来自土星及其卫星,包括冰封卫星恩克拉多斯的最佳数据。

卡西尼号测量了从恩克拉多斯喷向太空的喷泉,让研究人员了解了冰粒中与喷泉物质不同的物质,因此也了解了冰盖表面下海洋的物质。 科学家们仍在数据中发现新的元素,但已经在冰粒中观察到所有生命发展所必需的元素和有机分子。磷元素一直缺失,直到2023年,一个国际研究团队提供了证据证明磷确实存在。

在NASA为「新视野」五号任务选择的六个目的地中,恩克拉多斯是唯一一个除了液态水之外,还拥有所有生命的基本组成部分的目的地,因此它具有孕育生命的潜力。这在竞争中可能是一个优势,因为「新视野」计划不仅是为了获得新的科学知识,而且还为了与公众分享这些知识,并激励年轻人接受科学和技术的教育。寻找生命永远是一个引人入胜的话题。

但是,如果「新视野」五号任务不去恩克拉多斯,那么彗星也是另一个强有力的提议。2019年,科学家们提出了一项名为CAESAR的彗星任务,它在成为第四次「新视野」任务的竞争中排名第二。这表明彗星是美国宇航局愿望清单上的重要项目。

淘汰赛开始

下一项「新视野」任务遴选过程的第一道障碍是满足美国宇航局为潜在任务提出的100多项要求。一旦满足这些要求,每个提案都会由不同领域的专家小组进行审查,包括技术航天专家、会计师以及专注于月球、恩克拉多斯和其他目的地的天文学家。

通过审查的少数提案将由美国宇航局和美国政府官员任命的两个委员会进行评估。其中一个委员会将提案分为四类,以表明它们与「新视野」的宗旨有多么匹配以及它们成功的可能性有多大。 只有进入最高级别的提案才能进入第二个委员会,该委员会将选出最终的获胜者。

在这一过程进行的同时,之前的「新视野」任务获胜者继续探索太阳系。奥西里斯-雷克斯号正驶向一颗新的小行星,朱诺号仍在环绕木星运行。

(2014年,欧空局的「罗塞塔」太空探测器将「菲莱」舱降落在67P/丘留莫夫-格拉西缅科彗星上。其目的是研究彗星是否含有复杂的生物分子。「新视野」方案下的一个新彗星探测器将具有相同的目标。)

即使在更遥远的太阳系,新视野号探测器也正在履行「新视野」的使命。

它现在位于柯伊伯带的边缘:柯伊伯带是位于海王星轨道另一侧的太阳系内的一个由矮行星、小行星和彗星组成的环。美国宇航局的天文学家正在探测探测器路径上令人兴奋的天体,以便我们能从任务中了解更多信息。只有当柯伊伯带的燃料被耗尽后,新视野号才会掉头并将摄像头指向其起始点。希望在摄像头被太阳背光摧毁之前,最后拍摄一张地球的照片……让失明的探测器冲向星际空间。

如果一切按美国宇航局的计划进行,「新视野」五号任务将是另一个将在发射后多年继续向地球发送科学数据的任务,为新一代科学家提供潜在的洞见和发现。