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地球星旅行者(旅行者一号和地球失去联系了吗)

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目前还能,但信号已经非常微弱了,科学家预计,直到2020年为止,旅行者一号仍有足够的能源支持星际飞行,并且可以和地球保持联络,但在2025年之后,旅行者一号就会彻底和地球失去联系,并成为漂浮在宇宙中的一艘“流浪探测器”。

旅行者1号是如何与人类保持联系的?

我们知道,两个天体之间的引力势能,随着距离的增加而增加。

旅行者1号在远离太阳的同时,引力势能是增加的,根据能量是守恒,这部分增加的势能,只能来源于旅行者1号的动能,所以旅行者1号的速度会降低。

旅行者一号离开地球后,基本就靠着自身惯性在飞行,最初速度有30多km/s(相对于太阳),目前(2018年)速度17km/s。

引力加速

在地球轨道处,太阳逃逸速度为42km/s,以旅行者1号离开地球的速度,是达不到太阳逃逸速度的。

但是在接下来的12年里,旅行者1号利用了两次引力加速,旅行者2号利用四次引力加速,最终都达到了太阳系的逃逸速度

需要注意的是:

(1)图中时间,指的是旅行者2号,距离天体最近时的时间点;

(2)旅行者2号利用了四颗行星(木星、土星、天王星、海王星)进行加速,每次加速后获得一个较大的速度,然后在脱离该行星时会损失一些动能,但最终的速度大于接近行星时的速度;

(3)旅行者1号在探寻土星时,发现土卫六拥有厚厚的大气层,为了一探究竟,旅行者1号改变原先计划,转而去拜访土卫六,放弃了拜访天王星和海王星的机会,离开土星后直接向银河系中心方向飞去;

(4)旅行者2号继续拜访天王星和海王星;

(5)旅行者2号在海王星处,为了获得海王星的详细信息,主动减慢速度,这也是旅行者2号比旅行者1号慢的主要原因;

(6)目前旅行者1号和旅行者2号,在当前轨道处的速度,都远远超过了太阳系的逃逸速度,所以它们最终都会飞出太阳系,其中旅行者1号的速度更快些。

因为地球在绕太阳转,地球在太阳参考系下的线速度是大概30公里每秒。如果旅行者1号在太阳参考系下远离太阳的速度是17公里每秒,那么根据其远离地球速度为34.6公里每秒.

如果地球运行到完全背离旅行者一号的位置的时候,那么旅行者一号相对地球的速度可能最快达到47公里每秒。如果地球转到另一面,那么旅行者一号还会开始接近地球,速度可能是13公里每秒。

旅行者1号与地球距离随时间变化的关系,可以见的确远离再靠近如此周期渐渐远去的。

旅行者1号已经飞行了43年,由于距离遥远,目前没有技术能够监视它的飞行画面,只能通过无线电波与它保持联系。人类与它最后一次互动,是在2017年11月28日,工程师下达指令,修正了它的航线。关于旅行者1号旅行者1号是美国宇航局于1977年发射的外太阳系探测器,目前已经朝着深空连续飞行了43年。旅行者1号还有一个兄弟叫做旅行者2号,也是在1977年升空的。旅行者1号利用引力弹弓效应成功加速至第三宇宙速度(16.3千米每秒),比旅行者2号快10%,成为人类历史上飞行速度最快的探测器之一,。它于2014年穿越了太阳风层顶,成功飞出了太阳系,但还在太阳引力的控制范围之内。即使这样,它仍然是人类有史以来飞得最远的探测器。旅行者1号利用钚的放射性能量来发电,简单来说就是核电池,可以用好几十年。不过,据科学家估计,旅行者1号的电力将在2020年消耗殆尽。乐观估计,还能坚持到2025年。旅行者1号在这漫长的旅途中,为人类传回了大量的科研数据。还携带了一枚镀金铝质碟片,充当地球人的信使。如下图所示,为了节约宝贵的能源,旅行者1号进行了一系列省电操作。正是工程师的这些操作,使得旅行者1号在发射升空40年后仍然能够与地球保持联系。为了能够与地球保持联系,旅行者1号在设计之初,就建造了一个口径3.7米的大锅,那口大锅就是接收和发送信号的高增益天线。并且携带了精度非常高的陀螺仪,可以用来修正天线的方向,即使在非常遥远的距离也能对准地球。上图为旅行者1号的主要结构概况。NASA的深空网络截至2019年10月,旅行者1号距离太阳大约211亿公里。光在真空中每秒大约传播30万千米,无线电波也是这个速度。光从太阳表面到达地球大约需要8分钟,而人类与旅行者1号的距离已经十分遥远,目前信号往返一次大约需要40多个小时。这种由于空间距离遥远而产生的延迟,目前是无法解决的。旅行者1号的信号功率有限,仅有20瓦,随着距离变得越来越远,地球上能够接收到的信号也越来越弱。好在,美国宇航局(NASA)从上世纪60年代就建造了一个极其强大的信号接收系统,叫做深空网络,主要用于星际通信。该信号接收系统隶属于美国宇航局所属的喷气推进实验室。深空网络(DSN)是一个支持星际无线电通信和射电天文学观测的全球性天线网络,它是世界上最大和最敏感的通信系统,由一系列天线阵列组成,单个天线的直径可达70米,比在地面接收卫星电视信号的室外天线(卫星锅)大的多。目前,深空网络由三处呈120度分布的通信设施组成,分别位于美国加州、西班牙马德里和澳大利亚堪培拉,这种安排可以避开地球自转的影响。极慢的通信速率因为距离太遥远,地球上发出的信号要经过20个小时才能被旅行者1号接收到,旅行者1号收到信号后,回复也要经过20个小时才能被地球上的人接收到。即使到现在,也没有任何技术可以改善这个问题。信号在传输的过程中会发生衰减,传输距离越远,衰减越厉害,因此旅行者1号采用了2.3GHz~8.4GHz的高频信号与人类通信,深空网络使用的则是2.1GHz信号。旅行者1号采用的是模拟信号,相比于数字信号,信号在传输过程中还会受到很大干扰。为了保证数据传输的准确性,旅行者1号使用了大量纠错技术。因此,旅行者1号每秒钟只能传输几个字节的有效数据,一张1MB(1024千字节)的照片就需要传输近半个月时间。旅行者1号携带了一个64KB的磁带存储器,当数据无法及时传回地球时,就会将数据记录下来。总体上来说,旅行者1号的数据传输速率极慢。结语在2017年人类最后一次与旅行者1号互动后,目前人类与旅行者1号基本上处于半失联状态,很久才能收到旅行者1号发来的信息,在2025年后就彻底失去联系了。之后,旅行者1号将孤独地向银河系中心飞去,成为宇宙中的漂流瓶。以当前的速度,旅行者1号到达距离地球最近的恒星系统,就需要4万多年的时间。我国如果要发射这样的探测器,也需要这样一个深空通信系统。即使到了现在,星际通信的数据传输速率依旧较慢,普通人用这么慢的速率上网会抓狂的。热爱科学的朋友,欢迎关注我。

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