天王星，是距離太陽的第七顆行星，只有旅行者2號飛船在1986年飛掠時見過它的真面目。如今，科學家打算重新仔細研究這顆行星及其衛星。供圖：NASA/JPL

撰文：NADIA DRAKE

天王星可能是太陽系裡最奇怪的行星。歷史上的某一刻，這顆冰巨星遭到撞擊，導致它一直側身旋轉。天王星有十幾個光環，約27顆衛星，大氣由氫、氦和更重的化合物組成，它們以冰的形式存在於寒冷的天王星雲層深處。

但除了這些有趣的現象外，科學家對這個淡藍色世界知之甚少。1986年，旅行者2號飛船首次造訪天王星，也是唯一一次。不過這種情況也許很快就會改變。

本週，行星科學家釋出的一份報告建議NASA在未來十年內，把探索天王星作為首要任務，最早可能在2031年發射宇宙飛船到天王星，當然也許會遇到無數無法避免的笑話。

“我認為，我們將在那裡收穫驚喜，瞭解行星形成的大量資訊，可能發現新的海洋世界，”巨行星報告小組的主席、康奈爾大學的Jonathan Lunine說。

這兩張天王星的照片由夏威夷的凱克二號望遠鏡拍攝，從中可以看到這顆行星神秘大氣的細節。天王星的北極（圖中右側）呈現出類似風暴的特徵，赤道附近環繞著罕見的扇形雲。供圖：LAWRENCE SROMOVSKY， PAT FRY， HEIDI HAMMEL， IMKE DE PATER/UNIVERSITY OF WISCONSIN-MADISON

天王星的一大誘惑在於，它（和太陽系的另一顆冰巨星海王星）可能是銀河系裡最常見的行星型別的代表。科學家認為，揭開天王星的謎團，比如奇特的磁場、被遮蔽的內部結構、令人驚訝的低溫，對於瞭解銀河系的冰巨星和太陽系的歷史至關重要。

這項任務名為“天王星軌道飛行器和探測器”，計劃釋放一個小型探測器來探測天王星的大氣層，同時軌道飛行器圍繞天王星系統飛行多年。這與NASA的卡西尼號任務相似，2004年至2017年，卡西尼號成功探索了土星系統。

“這項任務將會獲得豐厚的回報，幾乎涉及行星科學的每個領域，”大學天文研究協會的行星天文學家Heidi Hammel說。在我們的影片通話中，她身後掛著一隻天王星毛絨玩具，在結束通話之前，這隻毛茸茸的藍色星球和我成功擊掌。“我很高興，”Hammel說。

未來的星際飛船

每隔十年，行星科學領域會針對未來十年優先探索和研究的方向，提出一系列建議。NASA和美國國家科學基金會將以最終檔案，即“行星科學十年調查”為指導，決定資助哪些專案。

上一份行星科學十年調查發表於2011年，建議優先考慮多方面火星樣本返回任務。NASA的毅力號探測器目前正在完成這項任務的第一階段，橫穿這顆紅色星球的表面，收集和儲存火星岩石和泥土，最終返回地球。2011年的調查還建議探測木星的冰封衛星木衛二，這是太陽系中最有希望找到生命的地方之一。因此誕生了歐羅巴快船，預計將於2024年發射。

在上一份行星科學十年調查中，天王星任務的優先順序排在第三位。

“連續兩次十年調查都建議去天王星，這是件好事，”Hammel說：“這體現了一致性，體現了行星科學界回到天王星系統的願望。”

2022年的十年調查強調了在太陽系尋找地球以外的生命的重要性，尤其是地下生命，這意味著生物體可能存活於火星地表之下，或者其他行星的衛星的海洋中。“NASA應該加快發展和驗證預備任務的生命探測技術，”十年調查聯合主席、西南研究院的Robin Canup在報告簡報中說道。土衛二是土星的冰封衛星，它的地下海洋中可能有一個繁榮的生物圈。探測土衛二是排名第二的新旗艦任務，雖然可能21世紀50年代才能實現，那時的條件更利於探測有地質噴發現象的南極。

不過，據我們所知，天王星不太可能存在生命；在2022年的報告中，它的專案優先順序最高。

“很顯然，關於有待探索和發現的事物，天王星是最佳選擇，”Lunine說：“我認為它本就應該是一項任務。”

土衛二是土星的衛星之一，被認為是新旗艦任務的第二優先目標。卡西尼號飛船拍下了這顆冰封小衛星，如果科學家發射新的飛船前往天王星，那麼會發現它的衛星也有類似細節。供圖：NASA/JPL/SPACE SCIENCE INSTITUTE

寒冷的天王星

天王星得名於希臘的夜空之神烏拉諾斯，可能是瞭解幾千顆圍繞恆星執行的行星的關鍵，其中很多與這顆冰巨星差不多大。

“天王星可能是最常見的系外行星型別的代表，而我們對它知之甚少；從天王星系統獲得的任何科學知識都非常珍貴，”聖路易斯華盛頓大學的行星科學家Paul Byrne在郵件中寫道：“我迫不及待地想看到這個任務啟動。”

我們不知道天王星在什麼時候、如何翻轉，以及這樣一顆不平衡的行星又是如何維持有序的衛星系統。關於天王星的內部結構，為什麼它比海王星溫度低得多，科學家知之甚少。旅行者號觀察了這顆行星的磁場，發現它“非常扭曲、偏移，而且是傾斜的，”Hammel說。

在過去幾十年裡，哈勃空間望遠鏡和地球上的天文臺已經在天王星的光環中發現了奇怪的熱特徵，星球表面爆發出明亮的雲、極光和強風。2003年，科學家甚至還發現了更多衛星。

這項計劃可能耗資高達42億美元，將大幅提升我們對天王星系統的瞭解。根據計劃，將有一個探測器將穿過這顆行星的大氣層，詳細測量其組成情況。還有一個更大的軌道飛行器，搭載著多種科學儀器，用多年時間觀察天王星及其光環和衛星。

“很多衛星看上去都很神奇，表面有活動的跡象，”Canup說。

天王星的衛星以威廉·莎士比亞和亞歷山大·蒲柏作品中的人物命名，其中天衛五米蘭達很奇怪。它是到目前為止，太陽系裡最詭異的衛星之一，看上去就像委員會設計的，景觀彷彿隨便拼湊起來的。我們甚至不知道這顆弗蘭肯斯坦似的衛星背面的樣子，旅行者號的模糊影象只拍到了這個小世界的一半。

也許更重要的是找到是否有一些冰封衛星環繞著天王星，比如天衛三和天衛四，或者地殼之下是否有藏著海洋，比如木衛二和土衛二。這些海洋的底部可能是岩石，Lunine說，與更靠近太陽的衛星相比，它們可能含有更豐富的有機物質，就我們所知，這是生命所必需的。

“如果天王星的一個或多個衛星有海洋，這可太好了！”Lunine說。

等待天王星

行星科學家要多等一段時間才能近距離觀察天王星，因為飛船需要幾年，甚至幾十年才能抵達外太陽系。

按照設計，天王星軌道飛行器和探測器將於2031年至2038年或者更晚些時候，利用行星排列成直線，搭載SpaceX公司的獵鷹重型火箭發射。一旦進入太空，最快需要約13年飛船才能進入天王星軌道，這意味著最早也要到21世紀40年代中期。

Hammel等人用相對零散的資料，研究這些冰巨星多年；這項任務可能在他們停止專業研究後姍姍來遲，用Hammel的話說，那時她已經在養老院裡了，對此他們並不沮喪。

“這項任務不是為了我，而是為了下一代，”Hammel說：“20年前，我可能會說，我真的想要這個，我想在退休前抵達天王星。現在我的想法變了。我希望我能在退休前看到它發射，因為這樣我就能知道，它會實現的。 ”

（譯者：Sky4）