从夜晚看海王星和天王星（探访天王星和海王星的最佳机会）

目前，在太阳系最大的行星——木星身边，有NASA的朱诺号探测器持续环绕观测。NASA与欧洲航天局等合作的卡西尼号探测器，也在前几年刚刚完成使命。可是，在木星和土星之外的冰巨星——天王星及海王星，却迟迟没有专门的研究。如今，最佳机会到来了，NASA在等什么……

冰巨星的发现

1781年，英国天文学家赫歇耳发现了天王星，这是人类历史上首次用望远镜发现行星。在此之前，人们一直以为土星就是太阳系的边界。而天王星的发现，大大改变了人类的认知。

在发现天王星后，科学家们对它进行了观测。可是，奇怪的是，天王星的运行始终和天文学家的理论计算有偏差。后来，勒维耶和亚当斯两个人同时意识到，这可能是天王星轨道外的另一颗行星所产生的引力所导致的运行偏差，并着手推算这颗行星的轨道。1846年，这颗行星果然被发现，这就是海王星。

天王星和海王星是太阳系目前最远的两颗行星，前者距离太阳19.3个天文单位，几乎是土星的两倍；海王星更夸张，距离太阳接近29个天文单位。由于距离太阳过于遥远，所以它们都是极其寒冷的星球，故而合称为冰巨星。

现在我们知道，天王星的直径约为51118公里，质量是地球的15倍左右；海王星直径略小，约为49532公里，质量却稍占上风，是地球的17倍。看得出来，两颗冰巨星在体型上几乎一样。不仅如此，它们大气的主要成分都是氢气和氦气，又有着比木星、土星多得多的甲烷，所以都显出蓝色。因此，这两颗冰巨星又被天文学家看成是行星中的孪生姐妹。

对于当时的天文学家来说，这个距离实在是只能望洋兴叹，尽力提高望远镜的技术，才能远远地看上它们一眼。到了20世纪，情况就不一样了……

拜访冰巨星

1977年8月20日，美国的旅行者2号探测器在肯尼迪航天中心成功发射升空。经过8年多的星际航行，终于在1986年1月份抵达天王星，这是人类历史上第一次有探测器前往天王星。

在对天王星进行了短暂的拜访之后，旅行者2号调转方向，向海王星飞去。3年后，它来到了海王星，开始对海王星进行观测。同样的，海王星也只是它“生命中的过客”，它的目标只有太阳系的边缘。很快，旅行者2号就离开海王星，继续前往宇宙的深处。

（图为旅行者2号拍摄的海王星及海卫一的合照）

从此，人类回到了只能通过望远镜来观测它们的原点。到现在，已经过去30多年了……

重返冰巨星

自从旅行者2号匆匆和两颗冰巨星擦肩而过之后，人们就没有停止过对重返冰巨星的期待。

在2017年的时候，《新科学家》表示NASA正在讨论关于重返冰巨星的计划。他们希望，在10-20年内能够执行这个计划，并在2034年左右发射探测器。

为什么是2034年呢？因为不同的行星有不同的探索窗口期。所谓的窗口期，就是行星和地球由于公转速度的差别，只有较短的时期内比较接近地球，此时发射探测器最简单，也最节省能源。比如火星的窗口期，大约是26个月。

天王星的窗口期相对更长一些，因为对于探索天王星来说，天文学家还要考虑一个因素——木星引力弹弓。木星的引力弹弓大家应该比较熟悉了，就是利用木星公转的速度，带动航天器，同样可以节省航天器能源，也可以提高其速度。火星在木星内侧，我们探索火星是不会路过木星，所以不必考虑这一天。如果要探索天王星或者海王星，这就不得不计算在内了。

目前看来比较有可能执行探索任务的下一个窗口期，大概就是2034年了。如果2034年不能发射探测器，就要等到2041年。

而对于海王星来说，2026年将是一个机会。不过，考虑到7年的航行期，看样子我们是已经错过了。下一次机会，是在2031年发射，利用绝佳的机会借助木星的力量，于2038年抵达海王星。

因此，不论天王星还是海王星的探索，最早都要30年代才可以执行。

不过，这不代表我们现在不需要着急。恰恰相反，如果NASA真的有这个计划，现在就要尽快布局了。因为这么巨大的项目，没有10年是根本准备不完的。因此，虽然最近探索冰巨星的计划再度提上议事日程，但其实和3年前是同一个项目。

探索目标

首先，探索目标就是必须要明确的。

根据“冰巨星”预研组主任艾米·西蒙表示，他们对冰巨星研究的主要目标，定在了四个方面：行星环、卫星、气氛和磁层。表面看是4个主要任务，但其实仔细展开的话，是非常多的小任务。

实际上，关于天王星和海王星，有太多的未解之谜等着被揭开。我们大致罗列几点：

1. 冰巨星表面的气体到底是不是天文学家所推测的那样？
2. 为何根据旅行者2号的探测结果，比天王星远了16亿公里的海王星，反而比天王星的表面温度高？

为何迟迟不执行任务

说到这里，很多人会纳闷：既然冰巨星有如此多的未解之谜，为何科学家30年来都不回去看看呢？如今想要发射探测器去冰巨星，难点到底在哪呢？

首先，就是动力问题。我们知道，目前人类最高效的能源，就是核能了。不过，由于国际条约对浓缩钚的限制，钚-238为动力的原子电池材料供应不足，这给NASA带来了很大的麻烦。毕竟，如果没有核动力，而是仅仅靠太阳能的话，航天器基本飞不出10个天文单位，也就是土星轨道附近。

（人类第一颗探索冥王星的探测器——新地平线号，动力来源为核动力，利用放射性同位素二氧化钚自然衰变时所释放出来的热，以热电偶形式发电）

其次，就是我们说到的窗口期，科学家必须把握好时机，才能发射探测器。当然，这个不算是难题，只是对时间有点限制罢了。

第三，也是非常重要的，那就是钱——没钱去什么外太空，玩什么说走就走的旅行？众所周知，虽然特朗普同志很重视太空发展，但是NASA的各种科研导致钱用得比烧得还快，所以囊中一直很羞涩，万众期待的詹姆斯·韦伯太空望远镜也因此一拖再拖。

因此，接下来他们可能要面临的一个尴尬局面就是：天王星和海王星，恐怕就是鱼和熊掌，不能兼得……

尴尬的抉择

说起天王星和海王星之间的抉择，还真是让科学家们迟迟下不了决心。听说，在NASA科学家的心中，天王星和海王星就是红玫瑰和白玫瑰，去探索红玫瑰，白玫瑰就是床前明月光……

扯远了。

但是，这两颗冰巨星孰重孰轻，还真的是不好判断。

咱们细说说。

• 天王星

天王星最首先的一个优点，当然就是近了，这意味着难度的降低。

而且，天王星的运行非常诡异，自转轴和公转轨道夹角为98°，是太阳系最大的一个（金星不算），所以看起来像是在躺着公转。首先，科学家想知道的，就是它为何会这样。其次，这种运行会给天王星带来一系列的影响，使它变得与众不同，比如磁场、大气等等，这些都是科学家迫切想了解的关键。

• 海王星

相比之下，海王星似乎更诱人。首先，它的表面有着很多风暴，其中最著名的就是类似于木星大红斑的大暗斑，不同之处在于，大红斑一直存在，而大暗斑时有时无，来去无踪。

同时，海王星还有一个更巨大的优势——海卫一。

我们说了，卫星也是冰巨星探索任务的关键。而海卫一，堪称是太阳系最诡异的卫星之一，我们曾经发文介绍过。虽然海王星比天王星温度高，但海卫一又是太阳系最冷的天体之一，甚至比冥王星还冷，这就非常离奇。而且，科学家怀疑海卫一的地表以下存在也太海洋，这也非常吸引科学家的眼球，因为液态水会让人们联想到地外生命。而且，海卫一是一颗地质活跃卫星，地表年龄似乎很年轻，而且还有大量的火山活动——只不过由于温度太冷，喷出来的都是冰。而它本身的身份，目前也是个谜，很多人怀疑它曾经是和冥王星一样的独立天体，后来被海王星的引力所俘获。

（旅行者2号拍摄后经色彩渲染而成的海卫一照片）

海卫一的独特性，让科学家们充满了好奇。在中国历史上有一句话，叫做“母以子贵”，海王星就是一个例子。

而且，由于海王星和海卫一的独特位置，科学家们也不得不考虑优先探索海王星，而且要在2040年之前实现。否则，接下来海卫一要面临的，是长达80年的黑夜……

2019年，NASA提出了三叉戟计划，旨在2038年把探测器送到海王星轨道，对其进行研究。

总结

无论从哪个方面来说，人类都应该开启对冰巨星的探索时代了。正如英国布里斯托大学的系外行星科学家汉娜·威克福德所说的，目前发现的系外行星有40%都是和冰巨星一样的体积。因此，对冰巨星的研究不仅有利于对太阳系的研究，更能帮助我们理解其他的星系。

不过，NASA目前正在执行的火星和金星探索任务，都是数十年周期的任务，现在正如火如荼，也是冰巨星探索任务需要解决的问题之一。有些科学家甚至坐不住了，表示：管他什么火星金星呢，再不去冰巨星就来不及啦！

看样子，NASA已经意识到冰巨星探索任务的刻不容缓，对海王星更加重视一些。他们表示，2022年的《行星科学十年调查》或将最终敲定这个讨论的结果。

欧洲航天局也表示，如果NASA不反对，他们也愿意伸出援手，两家联手，探索两颗冰巨星，不知道NASA是否会同意。

那么，如果只能探索其中一颗，你希望是那一颗呢？

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