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1977年發射的“旅行者號”探測器,進入星際空間之後還能往哪飛?

在我們頭頂璀璨的星空,除了漫天的星星和月亮,還有一位我們人類最虔誠的朋友,儘管你無法用肉眼看到它,但它卻是在茫茫宇宙孤獨的飛行44年。

時至今日,在距離地球250光年的深空,這個漂泊的遊子,依然會時不時地向地球母親投來一片最溫柔的目光,它是人類深空探索最偉大的先驅,它是旅行者號。

“旅行者1號”和“旅行者2號”

1977年,對於深空探索來說,是一個千載難逢的時機,土星、木星、天王星和海王星的相對位置,使得一個從地球發射的探測器,能夠在各個行星附近進行連續借力飛行,探索火星軌道之外所有的太陽系大行星。

所謂借力飛行,就是人造飛行器 藉助天體的引力來為飛行器加速,如果把飛行器看作一位徒步的行者,那麼借力飛行過程中的行星,就相當於是一趟免費的公交車,不但能減少飛行所需的 能量、降低發射難度,還能提高飛船的飛行速度。

正是在這樣背景下,美國宇航局在這一年先後發射了兩枚深空探測器,旅行者1號和旅行者2號。“旅行者 1 號”的探測目標為土星、木星和木星最大的衛星泰坦。 而“旅行者 2 號”在完成對土星、木星的探測後,則會繼續探測天王星和海王星。完成這些任務後,兩個探測器將會沿著不同的方向飛往太陽系的邊緣。

實際上,雖然“旅行者 2 號” 編號靠後,但它的發射時間要早於 “旅行者 1 號”,旅行者2 號發射於1977年8月20日,而1號則是發射於同年的9月5日。



廠房中的旅行者2號

旅行者1號重約815千克,比1號的721千克質量稍微大一點,兄弟倆都採用鈽電池核動力供能。旅行者1號和2號設計上基本相同,不同的是旅行者2號循一個較慢的飛行軌跡,使它能夠保持在黃道)之中,而所謂的黃道就是太陽系眾行星的軌道水平面。

“旅行者號”都帶了什麼?

每個探測器除了攜帶高解析度相機,等離子探測分析儀,高增益天線等裝置之外,還每個探測器都攜帶了一個銅製鍍金磁碟唱片,作為地球和人類的名片,向捕獲“旅行者號”的地外文明展示我們這個星球的方方面面,由金剛石製作而成的留聲機針,可以保證10億年,音質依舊不會有任何差別。

在金唱盤儲存的圖片中,有數學、 物理公式和 DNA 結構這些體現我們對自然界認識水平的抽象內容;也有呼嘯而起的運載火箭、在太空行走的航天員、 探測天體射電訊號的阿雷西博望遠鏡,代表我們技術水平的象徵;有聯合國大樓、泰姬陵等人文景觀。而更多的則是 我們日常生活的方方面面:超市中採購 的女士,高峰期惱人的堵車,滿載而歸的漁船,教室裡聽講的孩童等等。



唱盤正反面

唱片中的聲音資訊,除了時任聯合國秘書長和美國總統對地外文明的問候外,還有地球上不同語言的問候。倘若地外文明真能解碼這個唱盤,他們聽到的中文普通話資訊將是“各位都好吧?我們都很想念你們,有空請到這來玩”,他們還能聽到粵語、吳語、閩南話等中文方言。

如果他們聽膩了乾巴巴的語音,還能欣賞巴赫、貝多芬的古典音樂和中國二胡演奏的《高山流水》。



中國古琴和地球照片

在金唱盤中,最 特殊的記錄當屬“旅行者號”團隊成員 安·德魯彥的腦電波。按照計劃,德魯彥在錄製腦電波時應該努力思考人類的歷史政治問題,可當時剛剛墜入愛河的她,卻身陷愛情的甜蜜不能自拔,最終,這段記錄了人類戀愛時美麗心情的腦電波,被帶到了茫茫太空。

在金唱盤表面,科學家們用宇宙通用的物理語言,標出了太陽在宇宙中的位置。



定位太陽系的符號

氫是宇宙中存在最廣泛的元素,原子結構也最簡單,在唱盤右下方 刻有氫原子發生一種名叫“自旋躍遷” 的物理現象的影象,將這個現象發生的 0.704 納秒的週期定義為一個基本時間 單位。

在唱盤左下方,標識了 14 顆脈衝星和太陽的相對位置圖。脈衝星是一種能夠以特定頻率向外輻射電磁波的天體,每顆脈衝星的頻率都是獨特的,如果捕獲這艘飛船的文明與人類文明的發展水平相當,他們就能透過位置圖上的二進位制符號與氫原子的躍遷時間,測算出每顆脈衝星的頻率,從已經發現的脈衝星中將唱片上的 14 顆脈衝星辨認出來,進而確定太陽的位置。

此外,地外文明還能借助唱片左上方和右上方的示意圖,弄清播放唱片、讀取影象訊號的方式,獲得我們想要帶給他們的全部資訊。

“旅行者號”都發現了什麼?

每造訪一個星體,旅行者號兩兄弟隨身攜帶的相機,總能拍到令人激動的震撼影象,1979年,旅行者一號經過木星系統,在木星上第一次發現了地球之外的閃電活動;又在木星的衛星伊奧上第一次發現了地球之外的活火山活動;在木星的衛星歐羅巴上第一次發現了地球之外的海洋。



旅行者號探測器和它對各個行星探測影象的合影 旅行者號探測器和它對各個行星探測影象的合影

1980年,旅行者一號經過土星系統,在土星的衛星泰坦上,發現了與地球大氣性質極為相似的大氣層,它也是第一個提供了木星、土星以及其衛星詳細照片的探測器。

“旅行者 2 號”是第一個也是唯一造訪過天王星和海王星的探測器,不但拍下了這兩顆氣態巨行星的美麗的外表,還發現了海王星上位形特殊的磁場。

1990 年,當“旅行者 1 號”上的 高解析度相機的探測任務全部完成時,科學家決定關閉相機以節約電能,那一年的 2 月14 日,“旅行者1號”在60億公里之外,最後一次拍下了它眼中的地球,這就是那張後來被命名為“黯淡藍點”的著名照片。



圖為“黯淡藍點”的著名照片

至於“旅行者1號”上的電池,科學家說,探測器上攜帶三枚核電池,能夠保證它繼續飛行至2025年。一旦電池耗盡,“旅行者1號”將繼續向銀河系中心前進,再也回不來了。

1980 年和 1981 年,旅行者 1 號、2 號先後飛掠土星,兄弟倆透過測量土星發出的無線電訊號推測出土星自轉週期為 10 小時 45 分 45 秒。

旅行者號和地球之間的通訊聯絡,依靠的是三座分別建在美國的戈德斯通、 西班牙的馬德里和澳大利亞的堪培拉的大型衛星天線,這些天線的外觀和一般接收衛星訊號的“大鍋” 差不多,但直徑卻高達 70 米,是美國深空探測網的中堅力量。



深空網路天線

2018 年12月10日,美國宇航局旅行者號團隊宣佈:旅行者 2 號探測器脫離了太陽風層,進入一片人類陌生的太空,此時旅行者2號距離地球180億公里,開始進入星際空間,而這也是繼六年前,旅行者 1號成功脫離太陽風層之後,第二個進入星際空間的人造飛行器。有關這一章節的發現,我們將在下一期圖文為大家詳細解讀。



旅行者 1 號和 2 號從不同方向飛出了日球層,旅行者 1 號位於黃道面以北,旅行者 2 號位於黃道面以南

值得一提的是,索然旅行者1號和2號都已經突破太陽風頂層的日球層,單著並不意味著它們已經飛出了太陽系,按照NASA的定義,太陽系的邊境是在奧爾特雲層之外,而達到奧爾特雲內部,至少需要300年時間,飛越奧爾特雲需要3萬年。

如果把太陽系比作一個雞蛋的話,太陽就是中間的蛋黃,八大行星就是蛋清,最外層還有一圈奧爾特星雲,它相當於蛋殼,以人類目前的科技水平,人造探測器根本不可能衝出太陽系。

目前旅行者1號的飛行速度達到17公里每秒,比2號快10%,據天文學家們的計算,如果“旅行者-1”號一直能順利地飛行下去,從理論上講,它會在7萬3千6百年左右,經過半人馬座比鄰星。 而旅行者2號將在296036年,到達距離天狼星最近約4.3光年的地方。

2020年10月30日,在失聯8個月之後, NASA再次收到“旅行者2號”發回的指令,一句‘你好’的反饋,表明這個孜孜不倦的旅行家依然在征途。到 2030 年,維持探測器最基本系統執行的電能也將耗盡,那時這個人類最忠誠的朋友將徹底進入靜默狀態。

分類: 健康
時間: 2022-01-19

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