“旅行者号”离开地球40周年:《三体》的忠实粉丝很不安

澎湃新闻记者 虞涵棋 实习生 陈凌瑶

2017-08-21 21:47 来源:澎湃新闻

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40年前的今天(美国当地时间8月20日),宇宙飞船“旅行者二号”发射升空。
“旅行者二号”和它相隔两周发射的孪生哥哥“旅行者一号”,一南一北,分头向太阳系的两端前进。它们是目前服役最久、距离地球最远的人类航天器,其中“旅行者一号”已经离开了太阳风的势力范围,正在星际空间穿行。
旅行者号
它们的存在可能令《三体》的死忠粉感到不安。根据刘慈欣的“黑暗森林法则”,在黑暗无垠的宇宙中,一个文明要尽量隐藏自己的星球坐标,以免招致外来的攻击。而现在,这两个明确标注着太阳系坐标的航天器,正无畏地向未知的远方前行。
时光倒回40年前,人类航天史上的黄金时代。经费充裕的美国国家航空航天局(NASA)制定了旅行者计划,打算探测两大行星木星和土星,以及它们的卫星。如果情况顺利,也可以顺便拜访一下天王星和海王星。热情洋溢的NASA科学家们还为未知的外星文明准备了一份礼物:旅行者号飞船上搭载着记录地球音像资料的“金唱片”,唱片上刻有太阳系相对于宇宙中14颗稳定脉冲星的位置。
“金唱片”
或许 “金唱片”未来会被外星文明截获,作为通往地球的“藏宝图”,引发星际争夺大战。但目前来看,两艘飞船的飞行速度相对于整个宇宙来说只是在“蠕动”,在4万年内都不会接近下一颗星球。所幸的是,它们仍与NASA保持着联系,时不时向地球汇报旅途中的“所见所闻”。由于距离遥远, 一次“汇报”需要18小时。
关于这两艘传奇的宇宙飞船,这里有10条你可能感兴趣的事实。
1、175年一遇的“引力弹弓”
1965年,美国田纳西大学空间研究院分析专家盖瑞•弗兰德罗(Gary·Flandro)在研究木星探索任务时意外发现:每隔175年,木星、土星、天王星和海王星就会形成奇妙的行星几何曲线排列。在这个时候发射探测器,只需要少量的燃料和航道调整,就能借助“引力弹弓”效应快速访问这四颗气态巨行星,即把行星当作“引力助推器”,利用行星的引力场来给飞船加速,把它甩给下一个目标。一般情况下,飞船到海王星需要30年,而利用这种特殊的“弹弓”,时间会缩短到12年。
“引力弹弓”
1977年就是这样一个175年一遇的节点。NASA临时辟出原属“水手计划”的“旅行者一号”和“旅行者二号”,独立设计雄心勃勃的“旅行者计划”。
2、孪生飞船
外太阳系在当时尚属未知领域,为了提高项目成功率,“旅行者计划”在不同轨道上发射两个无人探测器,从不同的角度深入研究行星。“旅行者一号”和“旅行者二号”外观结构类似,携带的设备也大同小异。“旅行者二号”在1977年8月20日发射升空,而“旅行者一号”因故障反而推迟到两周后的9月5日发射。
1977年,“旅行者一号”和“旅行者二号”相隔两周发射
3、堪称“地球档案”的金唱片
飞船携带的“金唱片”,是一块镀金铜板,刻有唱片的播放方式和太阳系相对于14颗脉冲星的位置。唱片收录了地球文明的一些代表性成果,可以在宇宙中保存10亿年。这或许会久过人类自身存在的时间,成为我们在宇宙中存在过的证据。
“金唱片”上的图片示例
55种人类语言(包括中国的普通话、粤语、闽南语、吴语)
致辞:时任美国总统卡特以及时任联合国秘书长瓦尔德海姆代表人类向外星人的问候致辞
世界音乐:中国的古琴名曲《高山流水》、莫扎特的《魔笛》、日本的尺八曲等
地球之声:潮汐、风雨雷电、鸟鸣等自然界的声音
115张照片:包括阿拉伯数字、化学元素、人类发育、各地建筑等
“金唱片”上的图片示例
此外,唱片上还有一块直径2厘米的区域镀有超纯铀-238,半衰期44.5亿年。这是一个给外星生命的计时“沙漏”。
4、唯一造访过四大气态行星的探测器
尽管晚了两周发射,“旅行者一号”却比 “旅行者二号”飞得更远。这是因为,“旅行者一号”并未造访天王星和海王星。
“旅行者一号”从1979年1月开始对木星进行拍摄。同年3月,旅行者1号顺利地借助木星的引力,朝土星的方向进发。它在1980年11月经过土星,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。由于发现土卫六拥有浓密的大气层,NASA最终决定让“旅行者一号”驶近土卫六,终止了它探索其他两大行星的任务。
“旅行者一号”拍摄的土星环
这任务只能由“旅行者二号”来继承。土星引力让“旅行者二号”的速度从16千米每秒增加到25千米每秒,5年时间就到达了天王星。1986年1月24日,旅行者2号到达天王星的最近点,距离天王星云层顶部8.15万千米,并首次发现了天王星独特的磁场,天王星自转轴倾斜97.77°,它的磁场却只倾斜了60°,且磁尾因为天王星自转而扭曲成螺旋形,原因目前仍未确定。1989年8月25日,告别天王星后,“旅行者二号”花了将近4年的时间来到海王星的最近点。
“旅行者二号”拍摄的海王星
5、发现之旅
旅行者号的足迹遍布外太阳系,它们的航行收获了许多前所未有的发现:土星光环其实由数以千计的小环和空隙构成,如同一张唱片;天王星的怪异磁场和10颗新卫星;海王星上出现巨大的暗斑;木卫一伊奥(Io)上存在几百座活火山;木卫二欧罗巴(Europa)有地下海洋的痕迹;土卫六泰坦(Titan)拥有最接近地球的大气;海卫一(Triton)上的间歇喷泉高达8千米。
“旅行者一号”拍摄的木卫一伊奥
6、太阳系唯一一张全家福
1980年离开土星后,NASA关闭了“旅行者一号”的摄像头。1990年的情人节,NASA最后重启了一下相机,让“旅行者一号”“回头”给太阳系拍摄了全家福,其中水星和金星未能成像。
太阳系全家福
7、“旅行者一号” 有没有飞出太阳系?
2013年,NASA曾召开新闻发布会,宣布“旅行者一号”已经飞出太阳系,进入星际空间。但随后,又有许多声音质疑这是一条“假新闻”, “嫦娥一号”总设计师叶培健院士就指出,“旅行者一号”一万年也飞不出太阳系。
那么,“旅行者一号”到底有没有飞出太阳系呢?事实上,争议源于太阳系边界的界定问题。如果按照太阳系的引力范围界定,“旅行者一号”还远远未及。而NASA指的是它离开了太阳风的作用范围,即日球层。
太阳风在星际介质(主要是氢气和氦气)间吹出的“泡泡”就是日球层。太阳风逐渐受到星际介质的影响,速度减弱。太阳风与星际介质相互作用的区域被称为“日鞘”,日鞘的内部边界是终端震波,外层边界是日球顶层。
NASA官网资料显示,“旅行者一号”和“旅行者二号”分别于2004年12月和2007年8月穿越终端震波,进入日鞘。它们遭遇终端震波的位置分别距离太阳94AU(AU,天文单位,即太阳和地球间的平均距离,约为1.5亿公里)和84AU。
2012年8月25日,“旅行者一号”穿越日球顶层,进入星际空间。“旅行者二号”预期在未来数年内穿越日球顶层。
8、传回信息需要18小时
截至8月份,“旅行者二号”距离地球115AU(约172亿公里),“旅行者一号”距离地球139.3AU(约208亿公里)。这意味着,“旅行者一号”发射的无线电信号,NASA需要18个小时才能接受到。
通过分析两艘飞船传回的带电粒子、磁场、低频电磁波和太阳风等离子体数据,科学家们得以比较太阳风和星际介质在太阳系不同位置的相互作用。
9、2030年关闭最后的设备
木星轨道之外,太阳能就很微弱了。因此,科学家们为旅行者号们准备了核动力,每艘飞船携带三组放射性同位素热电发电机。钚-238的半衰期为88年,目前,飞船的动力正在以每年4瓦特的速率持续下降。
目前,飞船上的磁场和粒子探测设备仍在工作。但为了节省电力,在2020年后,这些设备将被逐一关闭。科学家们预期,他们将会在2030年关闭飞船最后的科学设备。用于通讯的电力还会再维持几年,随后,旅行者号们的信号将消失在太空中。
为了尽可能延长飞船的寿命,科学家们不得不请当年的工程师们协助,检索旧档案,查找几十年前写下的指令和程序。
10、四万年后遇上另一颗恒星
电力耗尽后,两艘飞船仍将在当前轨道上,以当前速度围绕银河系中心飞行,周期为2.25亿年。不过,在4万年内,它们都不会遇上另一颗恒星。
“旅行者一号”正在以每年3.5天文单位速度离开太阳系,与黄道平面成35度夹角向北,朝蛇夫座的方向飞去。在大约4万年后,“旅行者一号”会接近鹿豹座的AC+79 3888。
“旅行者二号”正以每年3.1天文单位的速度离开太阳系,与黄道平面成48度夹角向南,朝射手座和孔雀座的方向飞去。在大约4万年后,“旅行者二号”将到达距离一颗名为Ross 248的恒星1.7光年的位置,这颗红矮星位于仙女座。
责任编辑:虞涵棋澎湃新闻报料:4009-20-4009   澎湃新闻,未经授权不得转载
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