1957年10月4日,人类第一颗人造卫星终于摆脱了地球的束缚,进入了宇宙。它标志着人类正式开启新时代,开启宇宙 探索 时代,我们真正走出地球,才知道宇宙有多广阔,地球有多小。
对宇宙来说,地球连整个太阳系都没有小尘埃。面对广阔的宇宙,人类终于有了新的奋斗目标。那就是星海。 探索 星海的第一步是 探索 整个太阳系的奥秘,对人类的技术来说,太阳系确实是广阔的空间。
太阳系最难 探索 ,最难真正理解的是太阳系边缘的情况。由于我们的天文望远镜主要是靠光子的反射来进行的,如果目标位置太暗,没有大量的光子的存在,那么我们就无法探测到这里有什么。
太阳系的边缘离太阳很远,光到那里的量也很少,所以太阳系的边缘是黑暗的地区,我们很难观察到那里的奥秘。 探索 太阳系边缘的奥秘,我们需要依靠探测器,通过发射探测器到达太阳系边缘,我们可以近距离获得更多的相关数据,更深入地了解太阳系边缘。
为了 探索 太阳系边缘的奥秘,科学家相继发射了几个星际探测器,其中有名的是旅行者1号和旅行者2号,这两个探测器之所以有名,一个是因为它们的科学技术实力足够强,可以说是当时人类最强的各种科学技术
第二个原因是它们不是简单的星际探测器,它们的目标不是太阳系边缘,而是一直向太阳系外前进。其他星际探测器到达太阳系边缘后,停下脚步,但旅行者号码不能,其目标是离开太阳系,到达更远的星际空间。
为什么旅行者号码要离开太阳系?重要原因是 探索 外星文明的存在。人类认识到宇宙的广阔之后,地外生命和外星文明的展望也非常大,站在宇宙的角度,外星文明的存在几乎没有必要怀疑,怎么找到呢?
太阳系显然只有人类的智慧文明,我们想接触外星文明,只能寄希望于太阳系以外。因此,旅行者1号和旅行者2号诞生,不仅肩负着 探索 太阳系边缘的状况,还肩负着从太阳系出来寻找外星文明的任务。
1977年,旅行者1号和旅行者2号相继发射,向广阔的星空前进。旅行者1日中途不需要更多的停留,其目标是直接向太阳系边缘前进,因此旅行也最快。到2013年9月12日,它已经飞出日球顶部,进入了星际空间。
相对来说,旅行者2日之所以变慢,是因为他还承担着太阳系各地区的重要检测任务,中途通过木星、土星等位置时,需要停留,拍摄后将数据返回地球。
因此,旅行者2号对科学家来说意义最大,对人类的贡献也最大。旅行者2号就这样停下来,走路,终于在2018年11月5日离开阳光层,正式离开狭义的太阳系,进入星际空间。
这里为什么要说狭义上的太阳系?原因是科学家通过研究发现太阳系的范围远远大于过去想象的范围。过去,我们认为只要我们离开柯伊伯带,我们就可以离开太阳系的范围。然而,后来的观测显示,太阳系仍然被奥尔特云包围。只有通过奥尔特云,才能被视为真正广义上的太阳系。
包括奥尔特云在内,太阳系的直径范围可以达到2光年,旅行者2日离开阳光层,只是离开太阳系狭义的边缘地区,阳光层外面和奥尔特云之间也是星际空间,旅行者号码的速度这个距离可能会飞行数千光年进入奥尔特云。
旅行者2日在飞行中,向地球传递了很多珍贵的数据,特别是在太阳系边缘的地区,传递的数据更加珍贵。通过这些数据,我们知道太阳磁泡的奇怪形状,知道太阳系边缘的太阳辐射和星际媒体交流时会发生什么?
这些数据让我们知道什么是星际媒体。可以说,这些珍贵的数据让我们对太阳系有了更多的了解,这是一个重要的第一手数据。现在旅行者2号进入星际空间,没有和地球真正失去联系,可以隔一段时间返回数据。
到2020年3月24日,旅行者2日已经达到184.61亿公里,速度每秒达到15.3741公里。43年的飞行,接近185亿公里的距离,是人类过去无法想象的地方。要知道从地球到太阳的距离只有1亿5千万公里,当然,这个距离对于广义的太阳系直径来说还很少。
旅行者2日到达这个距离后,又开始了新的数据传输,数据的大小只有64兆美元,但距离远,数据的传输还需要几天。科学家非常期待这次数据的恢复。一个原因是旅行者2号进入星际空间,这次数据可以更好地了解太阳系以外的情况。
另一个原因是旅行者2号的能量变少,43年的飞行探测运行已经变老,这次也许是最后的数据传输。期待的远程数据终于回来了,得到的是乱七八糟的文字。这个字我们都知道,连接起来不知道是什么意思。
这样的结果,科学家认为天线的数据可能会混乱数据。旅行者2号回来的新数据非常混乱,暂时无法理解,但科学家还是很高兴。后期可能可以用特殊的解码工具整理数据,获得可以理解的文字信息。
旅行者2号现在的数据传输对科学家来说非常重要,正确的情况下,2025年以后完全失去联系,成为只能依靠惯性飞行的宇宙垃圾。经过多年的运气,被其他恒星系统捕获,成为卫星。
在我们头顶璀璨的星空,除了漫天的星星和月亮,还有一位我们人类最虔诚的朋友,尽管你无法用肉眼看到它,但它却是在茫茫宇宙孤独的飞行44年。
时至今日,在距离地球250光年的深空,这个漂泊的游子,依然会时不时地向地球母亲投来一片最温柔的目光,它是人类深空 探索 最伟大的先驱,它是旅行者号。
1977年,对于深空 探索 来说,是一个千载难逢的时机,土星、木星、天王星和海王星的相对位置,使得一个从地球发射的探测器,能够在各个行星附近进行连续借力飞行, 探索 火星轨道之外所有的太阳系大行星。
所谓借力飞行,就是人造飞行器 借助天体的引力来为飞行器加速,如果把飞行器看作一位徒步的行者,那么借力飞行过程中的行星,就相当于是一趟免费的公交车,不但能减少飞行所需的 能量、降低发射难度,还能提高飞船的飞行速度。
正是在这样背景下,美国宇航局在这一年先后发射了两枚深空探测器,旅行者1号和旅行者2号。“旅行者 1 号”的探测目标为土星、木星和木星最大的卫星泰坦。 而“旅行者 2 号”在完成对土星、木星的探测后,则会继续探测天王星和海王星。完成这些任务后,两个探测器将会沿着不同的方向飞往太阳系的边缘。
实际上,虽然“旅行者 2 号” 编号靠后,但它的发射时间要早于 “旅行者 1 号”,旅行者2 号发射于1977年8月20日,而1号则是发射于同年的9月5日。
旅行者1号重约815千克,比1号的721千克质量稍微大一点,兄弟俩都采用 钚 电池 核动力 供能。 旅行者1号 和2号设计上 基本相同,不同的是旅行者2号循一个较慢的飞行轨迹,使它能够保持在 黄道 )之中,而所谓的黄道就是 太阳系 众行星的轨道水平面。
每个探测器除了携带高分辨率相机,等离子探测分析仪,高增益天线等设备之外,还每个探测器都 携带了一个铜制镀金磁盘唱片, 作为地球和人类的名片,向捕获“旅行者号”的地外文明展示我们这个星球的方方面面, 由金刚石制作而成的留声机针,可以保证10亿年,音质依旧不会有任何差别。
在金唱盘储存的中,有数学、 物理公式和 DNA 结构这些体现我们对自然界认识水平的抽象内容;也有呼啸而起的运载火箭、在太空行走的航天员、 探测天体射电信号的阿雷西博望远镜,代表我们技术水平的象征;有联合国大楼、泰姬陵等人文景观。而更多的则是 我们日常生活的方方面面:超市中采购 的女士,高峰期恼人的堵车,满载而归的渔船,教室里听讲的孩童等等。
唱片中的声音信息,除了时任联合国秘书长和美国总统对地外文明的问候外,还有地球上不同语言的问候。倘若地外文明真能解码这个唱盘,他们听到的中文普通话信息将是“各位都好吧?我们都很想念你们,有空请到这来玩”,他们还能听到粤语、吴语、闽南话等中文方言。
如果他们听腻了干巴巴的语音,还能欣赏巴赫、贝多芬的古典音乐和中国二胡演奏的《高山流水》。
在金唱盘中,最 特殊的记录当属“旅行者号”团队成员 安·德鲁彦的脑电波。按照计划,德鲁彦在录制脑电波时应该努力思考人类的 历史 政治问题,可当时刚刚坠入爱河的她,却身陷爱情的甜蜜不能自拔,最终,这段记录了人类恋爱时美丽心情的脑电波,被带到了茫茫太空。
在金唱盘表面,科学家们用宇宙通用的物理语言,标出了太阳在宇宙中的位置。
氢是宇宙中存在最广泛的元素,原子结构也最简单, 在唱盘右下方 刻有氢原子发生一种名叫“自旋跃迁” 的物理现象的图像, 将这个现象发生的 0.704 纳秒的周期定义为一个基本时间 单位。
在唱盘左下方,标识了 14 颗脉冲星和太阳的相对位置图 。脉冲星是一种能够以特定频率向外辐射电磁波的天体,每颗脉冲星的频率都是独特的,如果捕获这艘飞船的文明与人类文明的发展水平相当,他们就能通过位置图上的二进制符号与氢原子的跃迁时间,测算出每颗脉冲星的频率,从已经发现的脉冲星中将唱片上的 14 颗脉冲星辨认出来,进而确定太阳的位置。
此外,地外文明还能借助唱片左上方和右上方的示意图,弄清播放唱片、读取图像信号的方式,获得我们想要带给他们的全部信息。
每造访一个星体,旅行者号两兄弟随身携带的相机,总能拍到令人激动的震撼图像,1979年,旅行者一号 经过木星系统 ,在木星上第一次发现了地球之外的闪电活动;又在木星的卫星伊奥上第一次发现了地球之外的活火山活动;在木星的卫星欧罗巴上第一次发现了地球之外的海洋。
1980年, 旅行者一号 经过 土星系统 ,在土星的卫星泰坦上,发现了与地球大气性质极为相似的大气层, 它也是第一个提供了木星、土星以及其卫星详细照片的探测器。
“旅行者 2 号”是第一个也是唯一造访过天王星和海王星的探测器,不但拍下了这两颗气态巨行星的美丽的外表,还发现了海王星上位形特殊的磁场。
1990 年,当“旅行者 1 号”上的 高分辨率相机的探测任务全部完成时,科学家决定关闭相机以节约电能,那一年的 2 月14 日,“旅行者1号”在60亿公里之外,最后一次拍下了它眼中的地球,这就是那张后来被命名为“黯淡蓝点”的著名照片。
至于“旅行者1号”上的电池,科学家说,探测器上携带三枚核电池,能够保证它继续飞行至2025年。一旦电池耗尽,“旅行者1号”将继续向 银河系中心 前进,再也回不来了。
1980 年和 1981 年,旅行者 1 号、2 号先后飞掠土星,兄弟俩通过测量土星发出的无线电信号推测出土星自转周期为 10 小时 45 分 45 秒。
旅行者号和地球之间的通信联系,依靠的是三座分别建在美国的戈德斯通、 西班牙的马德里和澳大利亚的堪培拉的大型卫星天线,这些天线的外观和一般接收卫星信号的“大锅” 差不多,但直径却高达 70 米,是美国深空探测网的中坚力量。
2018 年12月10日,美国宇航局旅行者号团队宣布:旅行者 2 号探测器脱离了太阳风层,进入一片人类陌生的太空,此时旅行者2号距离地球180亿公里,开始进入星际空间,而这也是继六年前,旅行者 1号成功脱离太阳风层之后,第二个进入星际空间的人造飞行器。有关这一章节的发现,我们将在下一期图文为大家详细解读。
值得一提的是,索然旅行者1号和2号都已经突破太阳风顶层的日球层,单着并不意味着它们已经飞出了太阳系,按照NASA的定义,太阳系的边境是在奥尔特云层之外,而达到奥尔特云内部,至少需要300年时间,飞越奥尔特云需要3万年。
如果把太阳系比作一个鸡蛋的话,太阳就是中间的蛋黄,八大行星就是蛋清,最外层还有一圈奥尔特星云,它相当于蛋壳,以人类目前的 科技 水平,人造探测器根本不可能冲出太阳系。
目前旅行者1号的飞行速度达到17公里每秒,比2号快10%,据天文学家们的计算,如果“旅行者-1”号一直能顺利地飞行下去,从理论上讲,它会在7万3千6百年左右,经过半人马座 比邻星 。 而旅行者2号将在 296036年,到达距离 天狼星 最近约4.3光年的地方。
2020年10月30日,在失联8个月之后, NASA再次收到“旅行者2号”发回的指令,一句‘ 你好 ’的反馈,表明这个孜孜不倦的旅行家依然在征途。 到 2030 年,维持探测器最基本系统运行的电能也将耗尽,那时这个人类最忠诚的朋友将彻底进入静默状态。