上一期，我们介绍了我国可能的海王星探索计划。那么，如果真的需要探测海王星，我国应该如何实施这个计划呢？

时间&路线

海王星的探测不是说走就走的。就像火星探索有窗口期一样，海王星探索也有窗口期。

（图片说明：航海者二号是唯一造访过海王星的探测器）

因为距离太远，我们必须想方设法加快探测器的飞行速度，同时也要尽量节省能源。这看似矛盾，但也有一个两全其美的解决方案，那就是引力弹弓效应。利用其他行星的引力为探测器加速，可以完美地使其更快到达目的地，同时节省能量。在探测海王星的途中，最好利用木星的引力弹弓效应。

地球公转周期为一年，木星公转周期约为11.86年，海王星公转周期为164.8年。三者需要达到相对完美的相对位置，我们的探测器才能掠过木星，“搭便车”。这是海王星的探测窗口期。这个窗口期会在2030年左右到来，一旦错过，至少要等到2041年……

（图片说明：2040年前太阳系天体的相对位置变化）

如果我们能赶上最近的窗口期，那么我们需要在2030年发射探测器。大约3年后，探测器经地木转移轨道到达木星，并通过木星引力的加速作用，进入木海转移轨道，之后又用了6年左右的时间到达海王星轨道附近。在轨道末端，探测器通过减速和速度矢量调整被海王星引力捕获，开始探索海王星。

那么，历经千辛万苦，跋涉到海王星的探测器，将进行怎样的探索呢？

探测目标

（图片说明：海王星艺术图）

此前，NASA还公布了他们设想的海王星探测任务的几个主要目标，即行星环、卫星、大气层和磁层。科学家们的研究在很多方面都有共识，所以我国的海王星探测目标其实和美国差不多。当然，如果要细化的话，还是有一些区别的，如下：

  • 海王星的组成&结构

虽然我们已经了解了海王星的组成和结构，但这也是基于32年的探测结果以前，科学家们希望能够更精确地检测和分析这些特性。这不仅是我们了解地球的基础，还有助于科学家了解太阳系的早期历史。此外，海王星的表面温度高于理论值，这意味着海王星内部存在热源，这也是科学家们想要解开的谜团。

（图片说明：海王星高空云带）

  • 海王星磁层&电离层

海王星的等效磁轴非常特殊，偏离自转轴47°，偏离海王星核心0.55个行星半径，也就是约13500公里，足以放下一个地球。海王星磁层内部的等离子体传输过程和抵抗太阳辐射的磁层顶都困扰了科学家多年。

海王星的大气层也很奇特，拥有太阳系最高的风速，以及可以容纳整个地球的巨大风暴——大黑斑。它的大气中有什么样的凝结云？海王星本身在大气层下自转的速度有多快？这些问题在地球上是不可知的。

（图片说明：海王星的大黑斑）

  • 海王星卫星&行星环

海王星有14颗已知的天然卫星，其中最著名的是海卫一。对于一些天文学家来说，海卫一是太阳系中最奇怪的卫星。它的轨道与海王星的自转方向相反，被称为逆行卫星，这意味着它不是与海王星一起形成的。它的地质构造非常年轻，表面看起来像哈密瓜。而且海卫一地表经常有火山喷发，但喷出的不是岩浆，而是冰。

和其他气态行星一样，海王星也有光环。由于海王星环很暗，直到航海者2号近距离飞掠时才发现海王星环。这个行星环的存在方式也很奇怪。科学家希望通过近距离探测来解开这些谜题特洛伊天体是指位于海王星第四拉格朗日点的一组小天体，目前发现的比较少，有人推测它们可能也分布在其他星体拉格朗日点。半人马座是位于木星和海王星轨道之间的一组天体，被认为是由柯伊伯带天体转化而来。

这两个小天体的分布和演化是科学家们好奇的地方，对我们了解太阳系具有重要意义。

除了电源，你还需要什么？是的，如果我们想要探测像海王星这样的遥远天体，我们需要做更多的准备。

  • 火箭：根据论文介绍，目前的长征五号运载火箭足以执行海王星探测任务；

  • 发射场：如果进行海王星探测，那么可以使用海南文昌火箭发射场；

  • 深空通信系统：数十亿公里的距离，通信将成为一个巨大的问题。幸运的是，我们在喀什、佳木斯乃至南半球阿根廷的萨帕拉都建起了雷达。通过超长基线干扰技术，我们可以接收到很远的信号；

  • 探测系统：包括四颗微纳卫星和其他科学载荷，包括两颗纳米卫星对小行星进行研究，两颗微型卫星对海王星和海卫一进行穿透探测；

  • 地面应用系统：用于接收数据并处理数据，供科学家们研究和分析。

总结

（图片说明：海王星探测任务功能模块图）

上一期我们说我国还没有公布实际的海王星探测计划，但相信中国科学家已经在认真考虑了事已至此。

英国布里斯托大学系外行星科学家汉娜·威克福德指出，人类发现的系外行星中，约有40%的大小与天王星和海王星相似。因此，了解海王星不仅能帮助我们了解这颗行星本身，还能帮助我们了解大量系外行星的特质。从这一点来看，对海王星的研究确实非常重要。

而且我们之前说过，海王星的下一个发射窗口是在2030年左右，一旦错过，就得再等十年。相信中国科学家也不想等那么久。

（图片说明：海王星的内部结构是科学家们很好奇的问题）

总之一切都要结合相关技术的发展和我国整体行星探测计划的进展来考虑，最后以中国科学家官方公布的信息为准。

对于我们普通人来说，还是努力工作，为祖国多贡献一点GDP吧，这次可能会导致探索海王星~

参考文献：

[1]于国斌，王鹏飞、朱安文、牛俊坡、谢麒麟、胡谷、李辉、何建森。基于10kWe核反应堆电源的海王星探测任务研究[J]中国科学,2021-04-27

[2]郑本昌.NASA再次聚焦天王星和海王星探测[J]太空探索,2019-09-07