新視野號探測器又給人類巨大驚喜，身為太空探索的愛好者的小編怎麼能錯過這個消息，下文將新視野號探測器的探索歷程講解說明。
新年第一天，北京時間2019年1月1日13:33，NASA的新視野號探測器（New Horizons）近距離飛掠了伊伯帶小天體2014 MU69。然而，直到今天凌晨，經過了緩慢而又漫長的數據傳送之後，新視野號拍到的第一張清晰照片才終於傳回地球，如約為我們揭開了這顆小天體的神秘面紗。這顆小天體還有一個浪漫的暱稱：“天涯海角”（Ultima Thule）。（想看“天涯海角”的清晰照片？看完文章你就會找到啦！）
這是人類通過探測器近距離探訪的最遠的太陽系天體，儘管這次電光火石的“邂逅”只有幾個小時。
新視野號探測器：
探索太陽系的新疆界
2006年1月19日，新視野號探測器發射升空，作為NASA的新疆界（New Frontiers）項目之一，新視野號的目標是探測距離太陽約40個天文單位（約60億公里）外的冥王星——造訪當時人類探測史上最遠的太陽系天體。
為了快速抵達遙遠的冥王星，輕車簡從，重量不到500公斤的新視野號藉助強大的宇宙神V號運載火箭，成為了迄今為止發射速度最快的探測器。它只用了13個月的時間就飛過了木星（旅行者1號和2號分別花了18和23個月），然後於2015年7月14日抵達冥王星，全程只借助了1次木星的引力助推。
新視野號的征途（粉色）。2006年從地球（軌道為藍色）出發的新視野號飛掠了小行星132524 APL（黃色）、木星（紅色），最終於2015年抵達冥王星（青色）。之後，它繼續前行，奔赴柯伊伯帶小天體2014MU69 |
新視野號和2艘旅行者號探測器一樣都是飛掠器，這意味著它們只會和目標天體擦肩而過，不會環繞目標天體進行長期探測。也因此，新視野號和旅行者號有同樣的問題：難以探測到目標天體完整的樣子，除非目標天體自轉速度極快，在探測器飛掠的短暫過程中就能自己轉上一圈。
儘管如此，新視野號還是為我們揭開了冥王星和它的幾個衛星的一部分面紗，尤其是冥王星上的“心形”。
越來越清晰的冥王星系統 | [1]
說起來，新視野號在“打破記錄”這點上其實頗有幾分不走運。
發射時，它的探測目標是當時太陽系最遠的行星——冥王星。然而剛發射半年，2006年8月的國際天文聯合會（IAU）就重新定義了“行星”，把冥王星“踢出”了行星之列，“降級”為矮行星。
這也就算了，那豈不是剛好可以獲得“第一顆探測矮行星的探測器”成就？很不幸，也沒有……
除了冥王星，還有一顆小行星帶的天體被“升級”成了矮行星，那就是穀神星。全拜這個定義所賜，發射於2007年的黎明號探測器於2015年3月成功進入穀神星軌道，搶先完成了這一成就——比即將抵達冥王星的新視野號早了四個月。
於是可憐的新視野號只成為了第一顆探測“冥王星+柯伊伯帶+當時最遠的太陽系天體”的探測器（已經很棒啦！）。
不過這一次，新視野號順利打破了自己“探訪最遠的太陽系天體”的記錄。
為什麼是2014 MU69？
早在新視野號飛掠冥王星之前，項目組就已經確認新視野號任務有餘力在冥王星之後繼續探測另一個柯伊伯帶天體——柯伊伯帶是太陽系富冰小天體的源頭之一，這些幾乎沒有經歷過地質活動的原始小天體，可以作為我們追溯太陽系歷史的“時光膠囊”。可是柯伊伯帶有那麼多那麼多小天體，去哪個呢？
新視野號的大致路徑早已經確定了，所以新的天體不可以偏離新視野號接下來原本的飛行路徑太遠，以免新視野號消耗太多燃料；這個天體要儘量大些，因為越小就越難觀測；這個天體本身也不能離太陽（地球）太遠，太遠了傳回信號會很困難。可問題是，當時的人們對柯伊伯帶的天體還知之甚少，根本沒有合適的目標。
怎麼辦呢？沒有目標，就創造目標。
從2011年開始，麥哲倫望遠鏡、昴星團望遠鏡等多個地基望遠鏡都展開了搜索，但均沒有發現合適的目標。2014年，哈勃空間望遠鏡也被請了出來，這才找到了3個符合要求的目標天體——2014 MU69（編號485968）是其中最合適的。
綠圈中就是哈勃望遠鏡找到的2014 MU69，當時的編號是1110113Y。圖像是每10分鐘間隔拍攝的影像的合成圖
2015年8月28日，2014 MU69被選為新視野號的下一個探測目標。不久後的10月底到11月初，新視野號調整了軌道，正式奔向這顆天體[3]。
新視野號從地球到“天涯海角”的飛行路徑
這也是第一個在探測器升空之後才被發現的觀測目標。
請注意，直到這時候，2014 MU69 都還只是一個小亮點，沒人知道它長什麼樣 。我們所指的，僅僅是它的軌道比較圓，大致在黃道面上（傾角較小），距離太陽大約43個天文單位（64億公里），直徑約三四十公里，大約每300年繞太陽一週。
不過2017年的5次成功的掩星觀測透露了一點點2014 MU69可能的形狀，觀測結果表明這個天體似乎是長條形：可能是一個啞鈴狀的天體，也可能是兩個十多公里大小的天體構成的雙天體系統[5]。
被2014 MU69遮住的區域最佳擬合形狀是個啞鈴。畫家James Tuttle Keane是蒙醬最喜歡的行星科學插畫家，本職是做外太陽系冰天體的研究，也做關於冥王星的研究，還發過Nature，真·全能型大牛
2014 MU69 差一點就有了一箇中國名字。
2017年底，NASA面向全球為2014 MU69 徵集名字，為了防止最後發現真的是雙天體系統，要求這個名字最好是可拆分的。“盤古”（Pangu）曾經是候選名單裡極其熱門的選項，如果是雙天體的話就計劃拆分為Yin（陰）和Yang（陽）。
不過，最終被選中Ultima Thule更能代表人類挑戰太陽系前沿的精神，這個拉丁語單詞意為“超越已知世界的邊界”，中文譯為“天涯海角”。
“天涯海角”到底長什麼樣？
在新視野號抵達之前，大家對“天涯海角”的真容有過許多猜想。這讓新視野號的飛掠變得更加令人期待。
twitter@jtuttlekeane
James Tuttle Keane筆下的種種遐想
隨著新視野號一點一點靠近，“天涯海角”的模樣越來越清晰。
2018年8月16日，新視野號在距離1.72億公里處第一次捕捉到了“天涯海角”。
黃框中心就是“天涯海角”。右圖是左圖黃框部分的放大版，減掉了2017年9月新視野號拍攝的星空背景，留下的亮點就只剩下了“天涯海角”
8月到12月13日，一點一點靠近，“天涯海角”越來越亮。
右圖是左圖減掉了星空背景，留下的亮點就只剩下了“天涯海角”
3張2018年12月31日拍攝的照片製作的動圖顯示出“天涯海角”的自轉，這時候探測器距離“天涯海角”大約還有190萬公里。
這是即將近距離飛掠“天涯海角”之前，“啞鈴型”更清楚了。
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來源：NASA/JHUAPL/SwRI
（左）新視野號拍攝的2張高清照片合成的“天涯海角”，顯示這顆天體大約32 ×16 公里大小，形狀依然像啞鈴型。（右）James Tuttle Keane根據左邊的影像繪製的“天涯海角”可能的樣子，箭頭表示自轉軸和自轉方向 |
終於到了2019年1月1日的13:33（北京時間），新視野號探測器以14.4公里/秒的相對速度飛掠“天涯海角”，最近時距離這顆天體表面只有約3500公里。
這是最近飛掠的過程中拍到的“天涯海角”（距離約13.7萬公里）！雖然這還不是距離最近，分辨率最高的一張，但……duang……謎底已經揭曉了！
去年還是啞鈴，今年就變成雪人了……一天之間發生了什麼……
“天涯海角”和冥衛一卡戎的大小色調對比 | NASA/JHUAPL/SwRI
“天涯海角”是一個由兩個球體“黏”在一起形成的密接雙天體 ，還真的是“天涯”和“海角”。
科學家們通過最新的數據推測的“天涯海角”成因
這麼看來，當年掩星觀測擬合的形狀（紅色圈圈）還真挺準的……
2017年掩星觀測估計的“天涯海角”形狀 | [5]
飛掠幾小時，傳回要兩年
在這次飛掠的過程中，新視野號只有幾個小時時間可以對“天涯海角”進行近距離觀測，在這幾個小時裡，新視野號會用上自己攜帶的各種科學儀器，充分把握這次珍貴的“邂逅”。
不過，這份“邂逅”的禮物需要很久很久才能送回地球。
約65億公里外的新視野號發出的訊號，以光速傳回需要6個多小時才能到達地球。再加上探測過程中無法同時把天線對準地球，要等到新視野號完成飛掠之後才會開始傳回數據。於是遠在地球上的我們在1月1日23:29（北京時間）才終於收到了新視野號成功完成飛掠的訊號——幾乎剛好是新視野號最近飛掠“天涯海角”的10個小時後。
而要把這次飛掠期間收集到的所有照片和其他科學數據傳回地球，預計一共需要20個月。
所以說，在接下來的兩年裡，我們還能陸陸續續收到新視野號2019年元旦那天為我們準備的禮物。
一份需要兩年才能收完的元旦禮物……這麼一想也還挺浪漫的嘛。
“天涯海角”之後
完成與“天涯海角”的邂逅之後，新視野號還將在下一個十年裡繼續探索柯伊伯帶。或許會飛掠探測新的天體，或者至少也會繼續探測它所飛過的空間環境，畢竟它攜帶了比40多年前的旅行者號先進得多的科學儀器——2020年，新視野號項目組會提出下一步探測提案。
在那之後呢？新視野號的電力和燃料可以允許它工作到2030年，或許柯伊伯帶之後，新視野號還會給我們的下一代帶來更多驚喜呢。
參考資料
| NASA, ESA, SwRI, JHU/APL, and the New Horizons KBO Search Team[2]
[1] Olkin, C. B., Ennico, K., & Spencer, J. (2017). The Pluto system after the New Horizons flyby. Nature Astronomy, 1(10), 663.
[2] Hubble Survey Finds Two Kuiper Belt Objects to Support New Horizons Mission
http://hubblesite.org/image/3401/news_release/2014-35
