■本报记者 张晴丹

浩瀚的宇宙里，有许多未知的秘密等待着人类去探寻。

对于“家门口”的太阳系，科学家已经开展了一系列研究，除地球外，已对八大行星中的5颗进行了多次探测，但仍有两颗行星没有专属的探测任务。

“太阳系中有两颗行星距离太阳最远，即天王星和海王星，它们也被称为冰巨星。我国要在太阳系内行星探测上实现原创性突破、取得世界领先地位，冰巨星是最好的切入点，我们要努力抢占先机。”近日，在香山科学会议第767次学术讨论会上，会议执行主席、中国科学院院士杨孟飞如是说。

科学价值很高，仍是探测空白

科学问题是行星探测最主要的牵引和驱动力，涉及天文学、地质科学、气象学、物理学、化学、生命科学等多个学科。2021年，《科学》杂志公布了新的“125个科学问题”，其中至少有9个问题与行星探测直接或间接相关。

对地球“邻居”们的探测和研究，从未停止过。目前人类共实施了110余次行星探测活动，其中以火星、金星探测最多，水星、木星、土星、矮行星、小行星、彗星也有相关的专属任务。

“为什么我们把目光锁定在冰巨星上？因为我们对冰巨星的所有认知，只来源于美国国家航空航天局1977年发射的‘旅行者2号’探测器在1986年和1989年对两颗冰巨星的短暂飞掠。此后，人类还没有实施过专门的冰巨星探测任务。”会议执行主席、中国科学院院士王赤说。

杨孟飞强调，冰巨星及其卫星具有很高的科学价值。“冰巨星作为最接近太阳系边缘的行星，保留了大量太阳系形成初期的气体，包含了原恒星云的状态条件和行星形成的位置信息，是研究太阳系和系外行星的蓝本。”

尽管在地面和空间大口径望远镜的辅助下，人类极大加深了对冰巨星系统的认知，但关于冰巨星及其多样化的卫星和行星环，仍有许多悬而未决的科学问题，亟待对冰巨星开展抵近环绕探测。因此，冰巨星成为当前国际深空探测和空间科学研究领域的前沿热点。

然而，对太阳系极远和极寒的冰巨星系统实施探测，技术难度极大，目前仍是空白。

海王星探测是首选

到底是选择天王星还是海王星作为第一站？

美国目前选择距离相对较近的天王星作为探测目标。美国2023—2032年行星科学和天体生物学十年调查报告提出了“天王星轨道器和探测器”（UOP）这一旗舰级任务，其科学目标涉及天王星的起源、内部与大气构成、磁层、卫星和光环。

与会专家认为，中国要走向星辰大海，可以选择另外一条路。

“因为距离柯伊伯带更近，所以海王星探测可观测并搜集柯伊伯带天体相关信息。海王星探测不仅能够填补空白，而且一次任务可实现多个探测目标，具有更多的科学主题和更高的科学价值。因此，应将海王星作为我国冰巨星探测优先重大任务的首选目标。”杨孟飞说。

海王星有14颗已知的天然卫星。其中，海卫一是仅有的一颗大型卫星，它是太阳系第七大卫星，直径2706公里，略小于月球。

北京大学地球与空间科学学院教授何建森表示，自从对木星的木卫二、土星的土卫二等开展有限的探测以来，人类意识到冰卫星存在冰下海洋，并间歇向外喷发形成羽流结构。然而，冰下海洋到底什么样，能否孕育生命，这是行星探测科学要回答的重大问题之一。

“海卫一作为海王星系统最大的卫星，可能存在潜在的‘冰下液态海洋’，是地外生命探索的最佳目标之一。”王赤说。

值得一提的是，与其他大型卫星不同，海卫一运行于逆行轨道。科学家据此猜测，它可能是被海王星捕获的柯伊伯带天体。

环绕探测势在必行

实际上，“旅行者2号”对天王星和海王星的飞掠，以光学相机、磁场、辐射场探测为主，相对于两颗行星16~17小时的自转周期，获取的数据十分有限，目前仍然缺少全局的科学数据。

“要实现对探测目标的详细观测及物理量测量，必须进行环绕探测。未来，环绕探测势在必行。”杨孟飞强调。

与会专家介绍，探测器到达海王星后，可以利用海卫一降低捕获速度增量，进入海王星约70°大倾角椭圆轨道，开展海王星磁场立体探测，随后，通过多次共振借力降低远心点高度，最终进入使命轨道，在25万公里轨道高度开展海王星和海卫一的环绕探测。

其中，能源动力问题是实施计划的关键。“传统的太阳能电池阵无法满足冰巨星探测器的能源需求，需要采用空间核电源技术。目前我们已经在这个领域取得了关键技术突破，未来还需要以冰巨星探测任务对空间核电源长寿命、小型化、轻量化的需求为牵引，做更多的重点攻关工作。”会议执行主席、中国工程院院士罗琦表示。

“冰巨星环绕探测任务周期长、技术难度大，建议通过多渠道深化论证海王星环绕探测任务方案，提早进行相关技术布局，重点开展极远距离飞行器总体设计、空间能源、极远距离通信等关键技术前期攻关工作，力争在国际上首次实现人类对冰巨星的环绕探测，为航天强国和科技强国建设作出更大贡献。”杨孟飞说。