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“旅行者”1号即将飞出太阳系 
中国网 | 时间:2005 年05 月27 日 | 文章来源:中国网

“旅行者”1号

美国国家航空航天局(NASA)下属的喷气推进实验室(JPL)5月24日宣布,NASA于1977年发射的探测太阳系外层行星的“旅行者”1号飞行器,经过近28年的飞行,现在距离太阳140亿公里,已经抵达太阳系的边缘地区,即将进入星际空间,从而成为第一个飞出太阳系的人造飞船。

实现星际宇航的飞船

探测浩瀚宇宙的奥秘一直是人类的梦想。至今为止,人类已经发射了两对旨在探索宇宙深空的探测器——“先驱者”10号(1972年3月2日发射)和“先驱者”11号(1973年4月6日发射)、“旅行者”1号(1977年9月5日发射)和“旅行者”2号(1977年8月20日发射)。其中,“旅行者”携带的仪器和能源设备比“先驱者”的更先进,在探测木星、土星、天王星和海王星过程中有大量惊人发现,因此,“旅行者”星际探测被誉为最伟大的太空之旅。

“旅行者”1号探测器自身重为816千克,携带105千克的科学探测仪器。其主体是扁平的十面棱柱体,顶端装有一个直径为3.7米的抛物面天线,左右两侧各伸出一根悬臂,即磁强计支柱(较长)和科学仪器支架(较短)。科学探测仪器共有10种,主要是行星及其卫星的摄像设备和各种空间环境探测设备。

“旅行者”1号探测器是1977年9月5日从佛罗里达州的卡拉维拉尔角发射场发射入轨的,它担负着与可能存在的“外星人”进行联系的重任。美国国家航空航天局官员称,他们原本打算让该探测器进行为期4年的宇宙航行,对木星和土星进行科学探测。由于“旅行者”1号飞船采用了优良的控制系统并配有后备运行系统,采用核动力技术以放射性元素钚作燃料,装备了防辐射光学玻璃及电子元件等措施,“旅行者”1号不仅完成了对木星和土星的探测任务,而且还越飞越远,不断向太空深处进发,并向地球发回了许多前所未见的关于天王星和海王星的宇宙图片(被称为“太空明信片”)。

人类的宇宙航行一般划分为两个阶段,第一阶段是在太阳系内的活动,称为航天;第二阶段是到银河系乃至河外星系活动,称为航宇。“旅行者”1号飞行了140亿公里,即将飞出太阳系,是真正意义上的航宇。而它的孪生飞船“旅行者”2号正沿着另一条轨道飞向太阳系的边缘,目前距离太阳也有100亿公里。“旅行者”探测器计划共花费了8.65亿美元。

传播人类文明的唱片

铜质磁盘

“旅行者”1号探测器携带了一张直径为30.5厘米的铜质磁盘,表面上镀有一层金,它其实就是一个被称为“地球之声”的留声机唱片,还配备有一个内藏的留声机针。唱片被密封在一个铝盒内,经过特殊处理后,它可以保存10亿年。在这张镀金的唱片上,录制着人类对外星球生命的问候。它的一面录制有115张照片,包括有地球、太阳及它们在银河系里的位置、地球人的细胞组成、男女性别、家庭组成、旧金山的金门桥、中国的长城、印度高速公路高峰期的盛况以及一幅人类胎儿照片;另一面是90分钟的声乐集,既有雷声、海浪声、鸟鸣等35种自然界声音,又有联合国前秘书长瓦尔德海姆和美国前总统卡特的贺辞、55种语言的问候语、27首世界古今乐曲,包括莫扎特的《魔笛》及中国的不朽名曲《高山流水》等。

铜质磁盘是在1977年“旅行者”1号发射前装载的,其用意是让外星球的生命偶然发现这个人造工艺时,能够知道它是来自地球人对他们的问候并通过上面的象形文字告诉他们应该如何播放该唱片。

漫长而艰难的历程

1979年3月5日,“旅行者”1号在距木星27.5万公里处与木星会合,拍摄了木星及其卫星的几千张照片并传回地球。随后,“旅行者”1号利用木星的引力加速后向土星飞去。

1980年11月12日,“旅行者”1号到达土星上空,发现了成千上万的光环群形成一组相互交错的环形彩带,为了考察土星的“泰坦”卫星,它改变了飞行轨道,因此失去了与其他行星相遇的机会。“旅行者”1号在完成对土星观测后就结束了它的最初使命,开始向外层空间挺进。

1988年11月,“旅行者”1号成功地越过了冥王星的轨道。

1998年2月,“旅行者”1号超越了“先驱者”10号探测器,成为迄今为止飞得最远的人造飞行器。

2002年4月,“旅行者”1号的定位感应系统出现故障,在经历了惊心动魄的插曲后,地面控制中心最终成功启动了它的备用系统,这是迄今为止人类最远程的系统转换。

2003年11月14日,“旅行者”1号太空探测器用于测量太阳风速的等离子探测器的失灵,使得人类对于太阳系边界的“关键一跃”有可能丧失掉直接的历史性证据。

据科学家推算,目前“旅行者”1号正以每秒约17公里的速度向太阳系最边缘地带前进。

飞出太阳系标准的争论

在上面的示意图中,弓形激波(bow shock)用橙黄色、弯月状的结构来表征;太阳风鞘(heliosheath)则为暗弱的蓝色泪滴状结构。

“旅行者”1号现已穿越了名为“激波边界”(termination shock)的区域,抵达了与之相连的太阳系的最终边界--太阳风鞘(heliosheath),这是一个太阳风与星际空间稀薄气体交界的神奇地域。“激波边界”是太阳风在恒星间气体压力下减速的地带,科学家对其了解得还很少。一般认为,这一边界距离太阳有85到120个天文单位(1天文单位等于地球至太阳间的距离,约1.5亿公里)。在这个地带,太阳风从每小时100万至240万公里的高速急剧下降,其粒子密度更大,温度也升高了。科学家认为,由于恒星间气体压力变化,这个区域经常收缩或膨胀,很难清晰确定边界。

从2002年8月1日到2003年2月5日,科学家们从“旅行者”1号携带的高能粒子检测仪器上观察到了不同寻常的信号,表明它已进入了太阳系中与以往不太一样的区域,这导致一些科学家认为“旅行者”1号可能已进入了接近“激波边界”的过渡区域。2003年11月6日,根据“旅行者”1号发来的信号,一些科学家相信,这个航天器现已开始离开太阳系的“激波边界”而进入宇宙深处,但因为没有人知道“激波边界”的确切标志,也有部分科学家并不同意这个结论,认为它只是接近了这一区域而已。

这次,科学家们是根据两个特征一致判断“旅行者”1号已飞出了“激波边界”的。第一,去年12月飞船探测到周围磁场强度急剧增加,到现在磁场都维持在高强度上,这说明太阳风粒子的减速过程已经完成。第二,飞船探测到周围有等离子体波浪,这是“激波边界”内外太阳风速不同、使带电粒子来回振荡而导致的。

“太阳风鞘”状如泪滴,“旅行者”1号将从它最薄的地方飞出去,当它穿越“太阳风鞘”的外缘边界——“太阳风层顶”(Heliopause)之后,才算真正飞到了太阳系之外的银河系空间。科学家说,这可能还要几年时间。因此,科学家们现在特别热切地希望在人类第一个飞行器穿越太阳系边界的时候抓紧研究,以尽可能更多地了解我们的太阳系。

丰硕的探测成果

1977年发射的“旅行者”1、2号探测器,它们是对太阳系的外层行星进行探测的最早的深空探测器。在其任务使命中,“旅行者”1号拍摄到了木星及其5颗卫星、土星及土星环等几千幅彩色照片,纠正了许多科学上的错误认识,获得了大量极有价值的资料。如核实土星的6号卫星原来并不是太阳系第一大卫星,首次发现木星光环和大红斑等等,并肩负着探寻地球以外的生命和文明的使命,可以说,“旅行者”1号为人类的深空探测做出了卓越贡献。

这两个探测器还创造了多项纪录:它们传回的数据相当于6000套大不列颠百科全书的容量;它们携带的电脑芯片还不如现在家用微波炉上的芯片功能强大;它们现在发回的电子信号,比电子手表发出的信号弱大约200亿倍!

艺术家描绘的“旅行者”(Voyager1,2)飞船和太阳系外围几个特征区域。(名词说明:Bow shock 弓形激波、 Heliopause 太阳风层顶、Heliosheath 太阳风鞘、Heliosphere 太阳风圈、Termination shock 激波边界。)

“旅行者”1号的旅程是一个科学技术上的里程碑。这是人造飞行器第一次在宇宙中成功地飞行了140亿公里,大约相当于从地球到太阳的距离的93倍。如果不出意外,“旅行者”1号按计划在飞越太阳系“激波边界”后还要继续向另外两个重要的太阳系边界区前行。首先是“太阳风层顶”,它代表着一个太阳风不再存在、而由星际等离子体开始统治的区域;之后是“弓形激波”,这是完全由太阳光在宇宙空间“耕耘”形成的一个区域,弓形波犹如弓形船头劈水时掀起的水波纹,故得名。然后“旅行者”1号带着人类的梦想率先进入到星际空间。但是,到大约2020年左右,它的燃料将用尽,将无法再和地球进行通信联系。

相关链接

“先驱者”10号深空探测器是人类探索宇宙深处的标志之一。它于1972年3月2日在美国发射升空,是人类向太阳系外发射的第一个飞行器。“先驱者”10号深空探测器曾以每小时5万公里的速度飞行,用了不到一天的时间接近月球,用了11个星期接近火星,用了不到两年的时间接近木星。它最初设计寿命是21个月,但它却延续了30年,而且在30年间为人类带来许多非常宝贵的宇宙探测资料。它曾首次发回详细的木星和土星的照片,并在太阳系边缘的有利位置发回重要的太阳风和宇宙辐射测量数据。据美国航空航天局的消息称,最后一次收到“先驱者”10号探测器信号的时间是2003年1月22日。当时,它距离地球100亿公里。科研人员曾于2003年2月7日试图与“先驱者”10号深空探测器取得联系,但失败了。科研人员估计,“先驱者”10号深空探测器的能量已经不足以允许它发回任何信号,目前也无法指望与它再取得任何联系。

“先驱者”11号于1973年4月6日由美国发射,是第一个造访土星的探测器,以探测土星为主要责任。1979年9月1日,“先驱者”11号从距土星3400公里的地方掠过,第一次拍摄到了土星的照片。它探测了土星的轨道和总质量,测量了土星大气成分、温度、磁场,发现了两个新光环。“先驱者”11号探测器于1990年2月越过冥王星的轨道,在1995年9月因为电池耗尽而与人类失去联系。据科学家推算,它现在正向天鹰座前进,将在400万年后飞近天鹰座的一颗恒星。 (中国国防科技信息中心 肖建军)

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