旅行者1号抵达太阳系的边缘——首个脱离太阳系的人造物体

2012年6月15日,旅行者1号抵达太阳系的边缘——首个脱离太阳系的人造物体。


旅行者1号(Voyager 1)是美国宇航局研制的一艘无人外太阳系空间探测器,重815千克,于1977年9月5日发射,截止到2012年6月仍然正常运作。它是有史以来距离地球最远的人造飞行器,也是第一个离开太阳系的人造飞行器。受惠于几次的引力加速,旅行者1号的飞行速度比现有任何一个飞行器都要快些,这使得较它早两星期发射的姊妹船旅行者2号永远都不会超越它。旅行者1号现时已经进入太阳系最外层边界,目前处于太阳影响范围与星际介质之间。它的主要任务在1979年经过木星系统、1980年经过土星系统之后,结束于1980年11月20日。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。截至2013年8月为止,它处于距离太阳约为125 天文单位,它是离地球最远的人造物体。

截至2012年2月10日为止,旅行者1号正处于离太阳179.1亿公里(即17.91×1012米/119.4天文单位/111.3亿英里),进入了日鞘,即介乎太阳系与星际物质之间的终端震波区域。如果旅行者1号最终在离开日球层顶后仍能有效运作,科学家们将有机会首次量度到星际物质的实际情况。依据现时的位置,航天器发出的讯号需要17个小时才能抵达它的控制中心,美国宇航局与位于加州帕萨蒂纳的加州理工学院合作的喷气推进实验室。旅行者1号在沿双曲线轨道轨道,并已经达到了第三宇宙速度。这意味着他的轨道再也不能引导航天器飞返太阳系,与没法联络的先驱者10号及已停止操作的先驱者11号一样,成为了一艘星际航天器。

旅行者1号原先的主要目标,是探测木星与土星及其卫星与环。现在任务已变为探测太阳风顶,以及对太阳风进行粒子测量。两艘旅行者号探测器,都是以三块放射性同位素热电机作为动力来源。这些发电机目前已经大大超出了起先的设计寿命,一般认为它们在大约2020年之前,仍然可提供足够的电力令航天器能够继续与地球联系。2012年6月17日,NASA公布,经过35年的飞行,旅行者1号已经离开太阳系,成为首个离开太阳系的人造物体。根据NASA的说法,证据如下:首先,“旅行者1号”上携带了两个高能望远镜,在过去3年里,它们接收到了越来越多的宇宙射线。而且,从今年5月开始,这一数据急剧上升。其次,探测器还能感测到一种来自太阳的高能粒子,但是,近期这些粒子的数量也在不断下降。基于这些数据,美国宇航局参与“旅行者”项目的科学家埃德·斯通说:“人类向星际空间派出的首个使者已在太阳系边缘。而它一旦进入星际空间,就将需要4万年的时间才能抵达下一个行星系。”此外,关于“旅行者1号”上的钚电池,科学家说这两枚核电池能够保证旅行者号上搭载的科学仪器继续工作至2025年,而到2036年,连讯号传输的电力都将消耗殆尽。一旦电池耗尽,“旅行者1号”将继续向银河系中心前进,再也不会向地球发回数据了。

2013年9月12日,NASA确认,“旅行者1号”探测器已经离开太阳系。NASA的发言人表示:“旅行者号已经到达了从来没有探测器到达过的空间,这是人类的科学发展史上的里程碑。”一系列相关资料证明了旅行者号已经脱离了包裹着太阳系的由炽热而活跃的粒子组成的太阳圈顶层,进入了寒冷黑暗的恒星际空间。历经36年的旅行,离地球约187亿公里,终于成为第一个离开太阳系的人造物体。

任务概要

旅行者1号最初计划属于美国水手号计划的最初试验,它的设计利用了属于当时的新技术引力加速。幸运的是,这次任务刚巧碰上了176年一遇的行星几何排列。航天器只需要少量燃料以作航道修正,其余时间可以借助各个行星的引力加速,以一艘航天器就能造访太阳系里的四颗气态巨行星:木星、土星、天王星及海王星。两艘姊妹船旅行者1号及2号就是为了这次机会而设计,它们的发射时间是被计算过以便尽量充分利用这次机会。亦拜这次机会所赐,两艘航天器只需要用上12年的时间就能造访四个行星,而非一般的30年时间。

发射和轨迹

旅行者1号在1977年9月5日于佛罗里达州的卡纳维拉尔角,被搭载在一枚泰坦3号E半人马座火箭上发射升空。刚好于旅行者2号在同年8月20日的发射两个星期之后不久。虽然发射时间较2号为后,但1号却被发射进入更短的轨迹之中,让它又比2号快一点到达到木星及土星。

最初,因为在泰坦3号E火箭燃烧过程的第二阶段里出现了约一秒钟的燃烧不足,使地面的工作人员曾担心会使航天器因此而不能到达木星。后来幸好证实了在泰坦三E运载火箭的上层仍有足够的燃料燃烧。

由泰坦3号E半人马座火箭发射升空的旅行者1号


“旅行者1号”的主要任务的轨迹。

拜访木星

主条目:木星探测

旅行者1号发射后,首次在1979年1月开始对木星进行拍摄。同年的3月5日,旅行者1号飞行至距离木星中心349,000公里(217,000哩)的最近点。由于在如此近距离掠过,以及更佳的相机分辨率,航天器在48小时的近距离飞行时间中,得以对木星的卫星、环、磁场以及辐射带作深入了解及高分辨率拍摄。整个拍摄过程最终于同年4月完成。

两艘航天器对木星及其卫星作出了不少重要发现,像是它的卫星、辐射带以及发现木星竟有前所未见的行星环。最令人惊讶的是在木卫一上发现了火山活动。这个发现是在地球上从未观察到的,就连先驱者10号及11号也并未观察到。

拜访土星

在顺利地借助了木星的引力后,航天器朝土星的方向进发。旅行者1号于1980年11月掠过土星,于11月12日飞行至距离土星最高云层124,000公里(77,000英里)以内的位置。航天器探测到土星环的复杂结构,并且对土卫六上的大气层进行了观测。由于发现了土卫六拥有浓密的大气层,喷气推进实验室的控制人员最终决定了让旅行者1号驶近土卫六以进行研究,并随之终止了它继续探访其余两颗行星。结果造访天王星和海王星的任务只得交予旅行者2号。这次靠近土卫六的决定使航天器受到了额外的引力影响,最终使航天器离开了黄道,终止了它的探索行星任务。星际探索任务

在离开土星后,旅行者1号被美国宇航局形容为进行星际探索任务。估计两艘旅行者航天器上的电池,均能够提供足够电力至2020年,供船上一部份的仪器操作。


年份因电力有限而停止操作的功能
2007停止等离子子系统运作
2008停止行星无线电天文实验
2010停止扫描平台及紫外线分光计观测
2015停止数据磁带机运作(由70 m/34 m天线阵接收1.4k比特率数据的速率限制决定。这是磁带机能够读取数据的最低速率.)
大约2016停止回转仪运作
2020开始关闭科学仪器(直到2008年3月18日,关闭顺序仍然未定,但是低能带电粒子,宇宙射线子系统, 磁强计和等离子体波子系统的仪器被期望继续运行)
2025或之后没有足够电力供应任何单一仪器

日球层顶

旅行者1号正处于日鞘(Heliosheath)

由于旅行者1号正向星际间的太空进发,船上的仪器将会继续对太阳系进行研究。喷气推进实验室的科学家们正使用载于船上的等离子体波实验来验证日球层顶的存在。

美国约翰·霍普金斯大学应用物理学实验室的科学家们相信旅行者1号于2003年2月已经进入了终端震波区域。但有些科学家在2003年11月6日的著名科学杂志《自然》上表示质疑。而在2005年5月25日早上,在新奥尔良举行的美国地球物理学会(AGU)一个科学会议上,艾德‧斯托恩博士呈上了旅行者1号已于2004年12月离开了终端震波的证据'SH22A-01' 。由于船上的太阳风检测器早于1990年停止运作,所以这次讨论在数月后仍未得出结论,只好期待其他资料到手为止。最终美国宇航局于2005年5月发新闻稿,说大家已经有共识旅行者1号正处于日鞘。科学家们相信航天器会于2015年到达日球层顶,即太阳系的边缘。

现况

旅行者1号结构
在2007年7月7日,先驱者号和旅行者号的位置和追踪。图片指出了旅行者2号比先驱者11号远并且由于其-55度的偏角只能表示在图片中的一个位置,而旅行者1号则是因为太过于遥远而只能表示在图片中的另一个大略位置

旅行者1号在2011年3月9日距离太阳大约116.406个天文单位(约10,816,616,569哩或是约0.00183光年)。以光速往来航天器和地球间的无线电讯号大约耗时16.13个小时。旅行者1号目前的相对速度是17.062公里/秒或61,452公里/每小时(约38,185哩/每小时)。每年约3.599天文单位,比姐妹号旅行者2号快了10%。旅行者1号在这样的方位和速度下将会花上7万3千6百年的时间经过半人马座比邻星。

旅行者1号在2011年3月9日的位置在赤经17.184时、赤纬12.14°,并且在黄道34.9°纬度位置,从地球上观测来看它是朝向蛇夫座前进。美国宇航局每天持续用深空网络对旅行者1号做追踪。这个网络会以旅行者1号的无线电讯号来测量高度和方位角,并且也会测量地球与旅行者1号之间的距离。

旅行者1号并没有朝向任何特定的星座前进,但是在约4万年后它会以1.6光年的距离经过蛇夫座的AC+79 3888恒星。这个恒星大体上来讲正以每秒119公里的速度朝向我们的太阳系移动。

德国AMSAT(业余无线电卫星通讯组织)在2006年3月31日追踪并接收到来自旅行者1号的数据,他们于波鸿使用了一台20米的碟型天线配合长观测时间技术。那些数据其后与深空网络位于西班牙马德里的观测站获取的数据进行了校对及验证(AMSAT-DL的德语文件、ARRL的英语文件)。相信这是首次对旅行者有这样的追踪。

天文学家在2010年12月13日证实旅行者1号通过太阳风的尽头,天文学家怀疑是由于星际风反向吹入太阳圈而使太阳风偏向另一边。太阳风侦测读数自2010年6月起一直保持在0,提供了关键证据。子午线(南北向)的太阳风,也就是天文学家怀疑太阳风速度增加的地方并不能推断旅行者1号的目前位置。旅行者1号在这一天距离太阳大约173亿公里。

2012年6月14日,科学家通过分析来自旅行者1号的数据得出结论:第一艘人类制造的星际飞行器正位于太阳系边缘,即将飞往星际空间。旅行者1号预计在2015年11月19日将飞行至距离太阳133.15个天文单位。

2012年9月9日,距离地球约一百一十亿英里,以每秒八英里的速度飞行,位处太阳系的边缘位置,探测器目前依靠放射性同位素热电机发电,系统最低限度运作至2020年。科学家表示,当探测器遇到三个情况,就可确定探测器已飞出太阳系,进入恒星际空间,包括来自太阳的太阳风风力急跌、宇宙射线水平飙升,及包围探测器的磁场转变。之后,科学家会将探测器调校至“节能模式”,让探测器能运作多个世纪。

2013年9月12日,美国宇航局官方证实旅行者1号已经飞出了太阳系,正式成为现时离地球最远的人造飞行器,也是第一个进入星际空间的人造物体。

关于旅行者1号的更新资料(或旅行者2号、先驱者10号、先驱者11号和新视野号)会即时公布在航天器离开太阳系以及每周任务报告。

旅行者唱片

旅行者1号上携带了一张铜质磁盘唱片,内容包括用55种人类语言录制的问候语和各类音乐,旨在向“外星人”表达人类的问候。唱片有12英吋厚,镀金表面,内藏留声机针。55种人类语言中包括了古代美索不达米亚阿卡得语等非常冷僻的语言,以及四种中国的语言(粤语、国语、闽南语、吴语)。问候语为:“行星地球的孩子(向你们)问好”。唱片还包括了以下内容:

  • 时任联合国秘书长库尔特·瓦尔德海姆的问候。

  • 时任美国总统卡特的问候,内容是:“这是一份来自一个遥远的小小世界的礼物。上面记载着我们的声音、我们的科学、我们的影像、我们的音乐、我们的思想和感情。我们正努力生活过我们的时代,进入你们的时代。”

  • 一个90分钟的声乐集锦,主要包括地球自然界的各种声音以及27首世界名曲,其中有中国古琴曲《流水》、莫扎特的《魔笛》和日本的尺八曲等。

  • 115幅影像,太阳系各行星的图片、人类生殖器官图像及说明等。


上一篇: 哈桑·鲁哈尼赢成为伊朗新一届总统

下一篇: 世界最长的陆地铁路隧道——瑞士勒奇山基线隧道开通