看了這個標題,愛好科學的人們大致都知道指的是誰了。是的,今天要說的就是她,時空通訊已經多次介紹過的旅行者1號。之所以今天又提起她,起因于一個令人震驚的消息:旅行者1號已經永久地失聯了。
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看到幾篇發布這個消息的文章,稱2025年11月12日,旅行者1號傳回的信號變成一條直線,就像人類的心臟停止了跳動,這一刻停留在北京時間17時34分21秒(美國時間5時34分21秒),此時旅行者1號距離地球253.9億公里。又說NASA(美國航空航天局)表示,旅行者1號不是像從前只是由于故障短暫失去聯系,此次為永久失聯。
由此,許多人黯然神傷,予以追思。但我反復求證,這個消息似乎是個假消息,并沒有得到NASA證實。我查了NASA網站有關旅行者一號的網頁,飛行信息依然在更新,也就是說她的心臟依然在跳動。
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不過,NASA的工程師們對她的控制已經鞭長莫及了,其“生命”的體征也十分微弱了。因為這艘設計壽命只有5年的航天器,已經在太空孤獨運行了48年多了,的確身心疲憊到了極點,能量即將枯竭,很快就無法再驅動任何儀器運行了。
離殤在即,讓我們重溫一下她的生平,以此寄托追思。
旅行者1號自從橫空出世,就帶給了人類一個又一個的驚喜與震撼,讓人們對宇宙天體的認知不斷翻新。
“備孕”8年才受“孕”
旅行者號的“受孕”起因偶然,啟發于一位叫Gary Flandro的加州理工學院的博士生的偶然發現。1964到1965年間, Gary Flandro 經計算發現在1970年代末至1980年代初,太陽系四大行星木星、土星、天王星、海王星將會形成“四星連珠”,這種罕見的天文現象176年才會出現一次,如果能夠利用這種機會發射探測器,就可以利用這些連成一線的行星“引力彈弓效應”探索多顆行星。
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這個發現引起了NASA的高度關注和重視,由此提出了一個"行星壯游"(Grand Tour)的項目,計劃發射 4 艘探測器探索全部外行星。但因預算過高被否決。NASA又提出了"水手木星 / 土星 1977"(Mariner Jupiter/Saturn 1977) 項目,這個項目于1972年這被正式獲批,簡稱 MJS。
項目交由 NASA 噴氣推進實驗室 (JPL) 實施,項目經理為John R. Casan,首席科學家為Edward C. Stone ,包括科學家、工程技術人員的項目團隊在1972年底開始組建。至此,可視為備孕8年的項目成功受孕,這就是旅行者號探測器任務的開端。
從1973年到1977年8月,MJS項目歷時4年8個月“孕期”
1973 年,JPL 開始了兩艘幾乎一樣的姊妹探測器全面設計與制造,項目進入實質階段。MJS項目的核心設計理念有兩點:第一,技術基礎基于水手號探測器平臺,并借鑒先驅者10號的經驗,采用了三軸穩定系統,提高了指向的精度和觀測靈活性;第二,在能源、通訊、防輻射等方面采用了關鍵創新技術。
這些技術包括:利用钚-238衰變產熱發電,確保在遠離太陽時能夠產生足夠的電力;通訊系統配備3.7米高增益天線,能夠在數十億公里外與地球保持聯系,傳輸速率可達160比特/s;針對木星強輻射環境,采用了特殊屏蔽和電子元件加固技術。
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1973-1974,完成了系統設計與硬件制造,包括確定了整體架構,進入詳細設計;選定了科學儀器,確定11種科學實驗設備,包括成像系統、光譜儀等;完成了結構與熱控,鈦合金框架和多層隔熱系統設計定型。
1975-1976:進行了嚴格測試與驗證,進行了三個層次的嚴格測試。
1、組件級和儀器單獨測試。確保探測器搭載的儀器組件能夠在極端溫度 (-270℃至 120℃) 和振動環境下正常工作,并能夠耐受高強度輻射,通過了模擬木星附近環境(劑量達 10^6 拉德)的輻射測試。
2、系統集成測試。完成探測器整體組裝,開始系統測試模擬深空環境的熱真空測試,驗證熱控系統有效性通信系統與 NASA 深空網絡 (DSN) 聯調,確保數據傳輸穩定NASA
3、全系統驗證。完成子系統、系統設計、系統驗證等系列測試,準備出廠前最后檢查。
4、系統集成測試。完成探測器整體組裝,開始系統測試模擬深空環境的熱真空測試,驗證熱控系統有效性通信系統與 NASA 深空網絡 (DSN) 聯調,確保數據傳輸穩定。
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至此,懷胎足月的旅行者1號進入待產。
1977年1月,探測器運抵發射場,與泰坦 - 半人馬火箭在佛羅里達州卡納維拉爾角 LC-41 發射臺組裝;
1977年3月7日,NASA 局長 James C. Fletcher 宣布將 MJS 探測器更名為 "旅行者 1 號" 和 "旅行者 2 號",該項目正式脫離水手系列。現在待產的旅行者1號終于正名了,即將成為人類航天史上一顆璀璨的新星;同時,模擬了完整的發射流程,驗證所有系統響應,完成了發射序列測試;
1977年6月,含有豐富地球信息的鍍金唱片被固定在探測器側面,并附有唱針和使用說明;
1977年7月,為確保發射后的指向精度,對控制系統進行了最后的微調校準。
1977年8月,火箭開始裝載推進劑,燃料加注完成,火箭和探測器進入待命狀態。
橫空出世,成果豐碩,成為首艘進入星際空間的人造天體
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前面說了,旅行者號探測器實際上是1號和2號兩艘幾乎一樣的探測器,因此完全可稱為姊妹探測器。但她們行進的路線和未來飛出太陽系的方向不一樣,速度也略有差別。事實上,妹妹旅行者2號還先行一步,于1977年8月20日就發射升空了,而姐姐1號1977年9月5日才發射升空,但老大就是老大,僅僅48天后就超越了老二。
兩姊妹各自行進在不同路線,探測發回的考察數據和圖片同樣精彩絕倫,老二和老大一樣,考察了木星和土星,還考察了老大沒靠近的天王星和海王星,因此,其速度就慢了一截,最終達到每秒15km,漸漸與老大拉開了差距。
這對雙胞胎探測器發射質量都是815千克,燃料消耗完后的質量為722千克,全身展開最大尺寸為8.6米,由高增益天線、核電池、電子儀器艙、射電與等離子體波天線和多種空間探測儀器組成。
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搭載的科學儀器也一樣,都為11種,包括分辨率達 160km的成像系統 (ISS)窄角 / 廣角雙相機、分析大氣成分與溫度分布的紅外干涉光譜儀 (IRIS)、測量高層大氣特性的紫外光譜儀(UVS)、測量行星磁場與星際磁場的三軸磁通門磁強計(MAG)、研究行星磁層與太陽風相互作用的等離子體波系統(PLS)、分析太空中帶電粒子分布的低能帶電粒子探測器(LECP)、探測高能宇宙輻射的宇宙射線系統(CRS)、研究行星無線電發射的行星射電天文試驗系統(PRA)等。
本文不展開闡述老二,只說老大。旅行者1號飛天后,對太陽系以及深空探索取得的里程碑級別貢獻大致有:
1、1979年3月飛越木星,首次清晰的拍攝了木星的大紅斑細節,證實其是持續存在的巨大風暴;發現木衛一存在活躍火山活動,是人類首次在地外發現活火山;探測發回木星磁層的強輻射帶等關鍵數據;新發現木星衛星2顆;利用木星引力彈弓效應,將飛行速度從10.32km/s提升到14.45km/s。
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2、1980年11月飛越土星,傳回的高分辨率圖像讓人類首次看清土星環面貌,發現土星環并非單一結構,而是由數千條細環組成;發現土衛六擁有濃密大氣層;新發現土星衛星5顆;利用土星引力彈弓效應,將速度提升到約17km/s,并調整了飛行軌道,目標由原定在太陽系內探索改為飛出太陽系。
3、1990 年2月14日,在飛離地球64億公里的科伊伯帶,根據地球指令倒轉鏡頭回眸一瞥,拍下了一張地球家園的照片,承載著80億人口以及無數生命的地球,在灰蒙蒙的太空背景中只有0.12個像素,被稱為“暗淡藍點”。其之所以驚世駭俗,就是讓人類真切地感受到地球乃至人類,在浩瀚的宇宙中有多么渺小。
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基于旅行者1號拍攝的照片,科學家們拼接出了一張太陽系全家福,是人類首次從太陽系外部視角,完整記錄所有行星的分布狀態,直觀呈現了太陽系的整體結構。由于水星、火星太小,難以在照片中呈現,其余6顆行星放大后才得以呈現。
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4、2012年8月25日,旅行者1號穿越太陽風層頂,也就是太陽風(太陽發出的帶電粒子)影響的最遠處,標志著人類首次直接探測太陽系邊界 。之后,旅行者1號越來越多的接收到來自太陽系外的星際粒子,成為首個率先接觸和了解太陽系以外世界的人造天體,也讓人類開始真切感受太陽系以外的世界。
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5、旅行者1號攜帶一張內容豐富的金色唱片,其中收錄了地球自然界的海浪、風聲、雷聲、鳥鳴、動物叫聲,以及人類的腳步聲、心跳、笑聲等生命跡象,人類55種語言問候聲(包括4種中國語言)、27首世界各地有代表性的音樂(包括中國的《高山流水》)、115幅影像等等。這是人類文明向地外文明發出的“名片”,希望在浩瀚無垠的宇宙深處找到知音。
6、2025年3月,NASA的工程師們向在距離250億公里深空匆匆前行的旅行者1號發出指令,要求其啟動已經罷工、沉寂了20年的主引擎。她接收到了微弱的信號,忠實的執行了指令,成功喚醒了主引擎,加熱升溫提升了即將枯竭的能量,延長了部分科學儀器的壽命。
此時,光速傳遞的信號一來一回需要46個多小時。
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7、旅行者1號的X波段主發射機固定發射功率只有23瓦,經過250億公里的傳輸距離,抵達地球時功率只有10^-16瓦,已經遠低于宇宙背景輻射噪音,強度只相當手機待機電磁噪音的千分之一。旅行者1號3.7米的高增益天線能夠將微弱信號從250億公里外精準地傳回地球,并被深空網絡(DSN)捕獲放大,從各種噪音中過濾解析分離出來,不得不說這是人類迄今最牛逼的深空導航與深空通訊的奇跡。
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總之,旅行者1號48年的太空歷程給予了人類太多的震撼,她傳回了太陽系空間天體等方面的圖像3.3萬多張,還發送回來行星與衛星的大氣、磁場、磁層,以及星際空間的粒子、等離子體等多類關鍵數據,極大豐富了人類對太陽系及星際空間的認知和研究。
現在她依然按照人類的指令,向著蛇夫座方位前行
在太空環境下,她幾乎可以在宇宙空間無限的漂泊下去。300年后,她將抵達奧爾特云內緣,這是圍繞著太陽系的一個假想的彗星聚集帶,其厚度至少有1光年。17000年后,她才可能飛出這個范圍,同時完全擺脫太陽引力控制。
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約40000年之后,旅行者1號將經過Gliese445,這是一顆質量僅為太陽三分之一的紅矮星,也被稱為AC+793888,目前距離我們17.6光年,由于天體運動,未來40000年間它將成為距離我們最近的一顆太陽系之外恒星,只有3.45光年,而旅行者1號將在距離其1.7光年的地方掠過。
約8萬年后,旅行者1號將掠過目前距離我們最近的比鄰星,屆時,它與我們的距離將從現在4.22光年變成約7光年;在約 30.3 萬年后,她將接近另一顆恒星TYC3135-52-1,掠過時的距離約為 0.965 光年。
相對廣袤的宇宙,旅行者1號17km/s的速度還是太慢了,10億年后,她也才飛出56.6光年,而銀河系半徑就有10萬光年,太陽系到銀心有2.6萬光年。
值得一提的是,她與小妹旅行者2號飛出太陽系的方向幾乎相反,她將一往無前的朝著銀心方向飛去,而小妹則向著銀河系邊緣飛去。小妹現在距離我們約200億千米,也已經飛出了太陽風頂層,進入了星際空間。
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兩姊妹都帶著一模一樣的金色唱片,唱片的封套上有一小塊高純度鈾238,由于已知其衰變成钚239的半衰期為41.7億年,因此,如果遇到具有相應智慧的“外星人”,通過分析研究,就會知道這兩姊妹的來歷,以及在太空中旅行的時間。而那張鍍金唱片,在太空環境即便過了10億年也還會保持如新,通過唱針解析,“外星人”就能夠看到栩栩如生充滿生機的地球影像,聽到人類和各種動物的歡聲笑語。
但那時,地球或許早已滄海桑田海枯石爛,人類要么早已變成全新物種不知所蹤,要么早已滅絕,而旅行者號這對雙胞胎姊妹還在忠實地向“外星人”訴說著人類的故事,訴說著宇宙中曾經有過這樣一段璀璨的文明。由此,她們或許成為人類文明最終墓碑。
由此,衷心祝愿她們一路走好。
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