2029年將是向90377號小行星賽德娜發起探測任務的完美年份
90377號小行星賽德娜(Sedna)是一顆遙遠的跨海王星天體,它以高度橢圓、11,390年長的軌道而聞名。賽德娜目前正在前往2076年的近日點(它最接近太陽的地方)。之後,賽德娜將再次進入遙遠的太空,並且在一萬年後才會回來,這使得這次飛越成為一次萬載難逢的機會,可以研究來自太陽系遙遠地區的天體。目前沒有計劃中的賽德娜任務,但天文學家已開始為這種可能性做計劃,並且此類任務的理想發射日期正在迅速臨近,其中兩個最佳發射窗口將於 2029 年和 2034 年出現。
塞德娜在2003年11月14日由加州理工學院的天文學家邁克·布朗(Mike Brown)和他的團隊發現,是一系列潛在的矮行星之一,它的發現導致冥王星在2006年降級成為矮行星。我們可以從遠處看出,塞德娜的大小與小行星帶中最大的天體穀神星差不多,但它的成分和起源卻大不相同。它的化學組成顯示它可能由稱為托林(tholins)的深紅色有機化合物覆蓋,與冥王星和其它古柏帶(Kuiper belt,中國大陸譯作:柯伊伯帶)天體上的物質相同。與冥王星不同的是,它通常太冷,表面上豐富的甲烷無法蒸發並以雪的形式回落,儘管塞德娜在接近太陽時可能會短暫形成一層以氮氣為主的大氣層。
真正讓賽德娜與其它已知矮行星候選者區別開來的是它巨大的軌道,它將它帶到奧爾特雲(Oort cloud)的內邊緣,奧爾特雲是太陽系最遙遠的區域,長周期彗星潛伏在那裡。
有幾種不同的理論來解釋賽德娜如何最終出現在這個位置。其中最引人注目的理論是一顆未知的第九顆行星(可能是地球大小的十倍)擾亂了塞德娜的軌道,並將它和其它幾顆天體掃入了高度拉長的軌道。訪問塞德娜可能不會解開這個特別的謎團,但它會告訴我們很多關於這些極端跨海王星物體的組成的資訊。
發射探測太空船到達賽德娜並不是一件簡單的任務。即使在最接近的地方,賽德娜也只會距離太陽76天文單位左右。相比之下,海王星大約是30天文單位,而1977年發射的航行者號(Voyager)太空船任務剛剛分別穿越了150天文單位和125天文單位。這意味著啟動探測賽德娜的時間更需要早,而不是更晚。
在計劃前往賽德娜的任務時,兩艘航行者號太空船是尋找靈感的好地方。它們著名的是利用行星的幸運排列來進行外太陽系的盛大旅行,從木星取得能量以加快速度並到達更遠的目標。需要類似的重力輔助才能使前往賽德娜的旅程變得可控。由俄羅斯科學院太空研究所的弗拉迪斯拉夫·祖布科(Vladislav Zubko)領導的一組科學家最近模擬了一系列可能的賽德娜軌跡,認為2029年的發射日期是最可行的選擇。
他們確定,2029年的軌道將首先將太空船帶到金星,然後返回地球兩次,然後在前往賽德娜的途中經過木星,飛行時間短至二十年,但在三十年範圍內更理想。更長的飛行時間在重力輔助期間增加太空船在木星上空的高度,減少暴露在氣態巨大行星有害輻射下的時間。
三十年的飛行計劃也意味著可以更慢地掠過賽德娜,提供更多時間來收集有關這顆天體的數據。選擇此選項將使太空船在經過賽德娜時的相對速度為每秒13.70公里,與2015年新視野號接近冥王星的速度相近。
作為獎勵,這條軌道還可以將使太空船飛越一顆直徑為145公里、編號20的小行星馬賽星(Massalia),為團隊提供了一個額外的科學目標來研究,並有機會測試太空船的系統。
該團隊提出的第二條軌跡將包括2034年的發射,並將提供類似的額外飛越,這次是編號16的金屬小行星靈神星(Psyche)。
目前,尚不清楚賽德娜的任務是否真的會在未來十年內完成任務規劃,但由於這是我們未來一萬一千年的唯一機會,這個想法肯定會給予優先考慮。
【圖:美國太空總署;文:節譯自今日宇宙網頁】 研究全文刊登在2021年12月24日出版的 arXiv 論文預印本網站 標題是:Analysis of Mission Opportunities to Sedna in 2029-2034