在浩瀚的宇宙里，许多未知的秘密等待着人类去探寻。

作为“家门口”的太阳系，科学家们已经开展了一系列研究，并对八大行星中除地球外的5颗实现了多次探测，但仍有两颗行星还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，两者也被称为冰巨星。要想使我国在太阳系内行星探测实现原创突破和世界领先，冰巨星就是最好的切入点，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。

科学价值巨大，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125个科学问题”，其中至少9个与行星探测直接相关或通过行星探测有助于解答的问题。

对地球“邻居”们的探测和研究，从未停歇过。目前人类总共实施了110余次行星探测活动，其中以火星、金星探测最多，水星、木星、土星以及矮行星和小行星、彗星均有相关的专属任务。

“为什么我们把目光锁定在冰巨星？因为我们对冰巨星的所有认知，只来源于美国航空航天局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、中国科学院国家空间科学中心主任王赤说。

杨孟飞强调，冰巨星及其卫星蕴含着很高的科学价值。“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遥感观测的辅助下，人类极大地提升了对冰巨星系统的认知，但冰巨星及其多样化的卫星和行星环仍然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。

“比如，冰巨星内部结构的形成极大地挑战了现有的行星形成理论、高倾斜且严重偏离中心的奇异内禀磁场结合高速自转形成了复杂多变和高度扭曲的磁层、海王星大气的剧烈风暴及其成因、海卫一是否蕴藏着地下海洋和地外生命等。”王赤说。

因此，冰巨星也成为了当前国际深空探测和空间科学研究领域的前沿热点。但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，目前是一块空白地。

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？

美国目前是选择距离相对较近的天王星作为探测目标。美国2023年~2032年间新启动的最高优先级大型旗舰任务是“天王星轨道器和探测器”，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世界空白，作为太阳系最边缘的行星，一次探测任务可以实现多个探测目标，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，它也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，自从旅行者号、伽利略号、卡西尼号等航天器对木星的木卫二、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，间歇向外喷发形成羽流结构。然而冰下海洋到底怎样，能否孕育生命？这是行星科学探测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。”王赤指出。

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，科学家们据此猜测，它可能是被海王星捕获的柯伊伯带天体。

“海卫一的存在，使得开展海王星及其卫星的环绕探测，可以一次任务实现冰巨星、冰卫星、柯伊伯带天体的探测，科学价值更高。”杨孟飞表示。

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一掠而过，以光学相机、磁场、辐射场探测为主，相对于两颗行星16到17小时的自转周期而言，所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，则必须进行环绕探测。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，可以利用海卫一借力降低捕获速度增量，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全球环绕探测。

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、中核集团总工程师罗琦表示。

“冰巨星环绕探测任务周期长，技术难度大，建议通过科技部、国家自然基金委、国防科工局民用航天等多渠道开展海王星环绕探测任务的方案深化论证，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、智能自主、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，为航天强国建设和科技强国建设做出更大的贡献。”杨孟飞说。