“旅行者”號(hào) 跨越36年的探索之夢(mèng)

霧都小小

人類對(duì)浩渺宇宙的好奇心似乎是一種本能，自打出生之日就如影隨形、難以磨滅。一代一代的科學(xué)家，更是從未放棄過(guò)對(duì)充滿未知的星辰大海那孜孜不倦的探索。當(dāng)2013年旅行者1號(hào)以一種孤獨(dú)的姿態(tài)順利闖出太陽(yáng)系時(shí)，不禁讓人在額手相慶的同時(shí)唏噓不已—這位“70后”的老伙計(jì)正式宣告成為有史以來(lái)距地球最遠(yuǎn)的人造物體，它也代表了人類與宇宙星際空間的第一次親密接觸。這次壯舉所代表的意義，與麥哲倫第一次環(huán)球航行或者阿姆斯特朗第一次踏上月球的偉大時(shí)刻相比毫不遜色。而光芒背后，“旅行者”航天器究竟是怎樣的存在呢？不妨跟隨小編的腳步，一起來(lái)認(rèn)識(shí)這位孤獨(dú)的行者，和它一同發(fā)現(xiàn)更大的世界。

行走了187億公里的孤獨(dú)行者

1977年，美國(guó)太空總署借著獲得了空前成功的“水手號(hào)計(jì)劃”的余溫，計(jì)劃對(duì)更遠(yuǎn)的幾顆行星展開(kāi)發(fā)現(xiàn)之旅。此間剛巧又碰上了176年一遇的行星幾何排列，利用當(dāng)時(shí)的新技術(shù)就可以借助各個(gè)行星的引力展開(kāi)加速，這樣一來(lái)航天器只需要少量燃料進(jìn)行航道修正，便能造訪太陽(yáng)系里的四顆氣態(tài)行星：木星、土星、天王星及海王星。

如此天時(shí)地利人和的機(jī)會(huì)，科學(xué)家當(dāng)然不愿意錯(cuò)過(guò)，兩艘“姊妹船”旅行者1號(hào)及2號(hào)就是為此而設(shè)計(jì)。亦拜這次機(jī)會(huì)所賜，在計(jì)劃中兩艘航天器只需要用上12年的時(shí)間就能造訪四個(gè)行星，而非一般的30年時(shí)間。

1977年9月5日，旅行者1號(hào)搭載在泰坦3號(hào)E半人馬座火箭中，從佛羅里達(dá)州的卡納維拉爾角緩緩升空。雖然貴為“1號(hào)”，但其實(shí)它要比同年8月20日出發(fā)的旅行者2號(hào)晚了兩周時(shí)間。

在依次拜訪了木星和土星，并拍下了許多珍貴的照片后，土衛(wèi)六（土星的六號(hào)衛(wèi)星）擁有的濃密大氣層引起了科學(xué)家的注意，噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的控制人員最終決定讓旅行者1號(hào)駛近土衛(wèi)六以進(jìn)行研究。這次靠近土衛(wèi)六的決定使航天器受到了額外的引力影響，最終使航天器離開(kāi)了黃道，隨之終止了它繼續(xù)探訪其余兩顆行星的計(jì)劃。

不過(guò)旅行者1號(hào)還有另一個(gè)任務(wù)，這個(gè)任務(wù)延續(xù)至今：探索太陽(yáng)系的外層空間。事實(shí)上，早在去年八月份便不斷有“旅行者1號(hào)”已經(jīng)到達(dá)太陽(yáng)系邊界，甚至飛出太陽(yáng)系的說(shuō)法，但美國(guó)宇航局始終未承認(rèn)。直到最近，美國(guó)航空航天局的科學(xué)家才首次確認(rèn)，旅行者1號(hào)已經(jīng)穿過(guò)太陽(yáng)圈的等離子體，進(jìn)入到星際空間，也是天文學(xué)家所說(shuō)的“星際介質(zhì)”（Interstellar medium）—在這一片區(qū)域里到底有什么？天文學(xué)家又是如何得知旅行者1號(hào)“沖出太陽(yáng)系”的呢？

旅行者號(hào)的星際使命

在提到星際介質(zhì)（或者叫“ISM”）之前，我們先說(shuō)說(shuō)旅行者1號(hào)都去過(guò)哪些地方。自1977年被發(fā)射之后，旅行者1號(hào)就一直在逃離太陽(yáng)風(fēng)層（Heliosphere，也被稱作“日球?qū)印保?。所謂的太陽(yáng)風(fēng)層，就是太陽(yáng)系內(nèi)一個(gè)被太陽(yáng)風(fēng)流主導(dǎo)的帶電區(qū)域，充滿了由太陽(yáng)釋放的亞原子微粒。包裹在太陽(yáng)周圍的一個(gè)由熾熱的高能粒子構(gòu)成的氣泡，而星際介質(zhì)就是處在“太陽(yáng)風(fēng)宇宙泡泡”外層的物質(zhì)。

對(duì)天文略感興趣的朋友想必對(duì)半人馬座阿爾法星并不陌生，它是最接近我們的恒星系統(tǒng)，離地球有4光年—這段距離是旅行者1號(hào)在過(guò)去36年間走過(guò)的距離的幾千倍，星際介質(zhì)說(shuō)白了就是在各個(gè)恒星系統(tǒng)的邊緣分布的物質(zhì)。

旅行者1號(hào)的大小與一輛緊湊型汽車相當(dāng)，上面攜帶有研究磁場(chǎng)、宇宙射線和太陽(yáng)風(fēng)的設(shè)備，并通過(guò)它們向地球發(fā)回?cái)?shù)據(jù)。去年，監(jiān)控旅行者1號(hào)的科學(xué)家注意到一些奇怪的現(xiàn)象：太陽(yáng)發(fā)射的帶電粒子突然間消失了，這預(yù)示著旅行者1號(hào)可能接近突破太陽(yáng)圈邊界。與此同時(shí)，科學(xué)家還探測(cè)到來(lái)自太陽(yáng)系外的銀河系宇宙射線出現(xiàn)峰值。

由于磁場(chǎng)線的方向沒(méi)有出現(xiàn)可探測(cè)的改變，研究團(tuán)隊(duì)推測(cè)這艘已經(jīng)離我們十分遙遠(yuǎn)的探測(cè)器還在太陽(yáng)圈的范圍內(nèi)。旅行者號(hào)科學(xué)團(tuán)隊(duì)耐心地等待著磁場(chǎng)方向的變化，認(rèn)為這將是旅行者1號(hào)穿越太陽(yáng)圈邊界的關(guān)鍵標(biāo)志。然而在去年春季，一場(chǎng)突如其來(lái)的太陽(yáng)風(fēng)暴使旅行者1號(hào)周圍的空間產(chǎn)生了“回響”，促使科學(xué)家確定旅行者1號(hào)在去年8月份已經(jīng)穿過(guò)了太陽(yáng)圈的邊界。

最新測(cè)量數(shù)據(jù)顯示，飛船周圍等離子體的密度已與理論預(yù)言的星際介質(zhì)密度相符。根據(jù)這些數(shù)據(jù)，研究人員表示，旅行者1號(hào)大約是在2012年8月25日前后，抵達(dá)這片從來(lái)沒(méi)有被探索過(guò)的寒冷的星際空間的。

旅行者號(hào)團(tuán)隊(duì)的科學(xué)家，來(lái)自愛(ài)荷華大學(xué)的唐·格尼特說(shuō)：“用了十秒鐘的時(shí)間，我們終于意識(shí)到已經(jīng)進(jìn)入了星際空間?！备衲崽刂鞒至诉@項(xiàng)研究，并將研究結(jié)果在線發(fā)表在《科學(xué)》雜志上。

接下來(lái)，旅行者1號(hào)將面臨一個(gè)全新的環(huán)境，它需要對(duì)其中從未接觸過(guò)的粒子，以及其他現(xiàn)象進(jìn)行探索。旅行者號(hào)任務(wù)的首席科學(xué)家，來(lái)自美國(guó)航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的愛(ài)德華·斯通（Ed Stone）說(shuō)：“這是一個(gè)里程碑，同時(shí)也是新旅程的開(kāi)始?！?/p>

烈士暮年，壯心不已

從旅行者1號(hào)和2號(hào)發(fā)射至今，已經(jīng)過(guò)去了36年的時(shí)間，這兩顆探測(cè)器還在繼續(xù)著向著未知的空間前行。1號(hào)利用土星作為“引力彈弓”，獲得加速越過(guò)了冥王星。2號(hào)繼續(xù)前往探索天王星和海王星，成為唯一探訪這些行星的探測(cè)器。目前，這兩艘探測(cè)器的共同任務(wù)是探索太陽(yáng)影響范圍最邊緣的區(qū)域，以及邊界以外星際空間中的各種粒子和其他現(xiàn)象。

旅行者1號(hào)正在以每年3.5天文單位（AU，1AU相當(dāng)于地月平均距離149 597 870 700米）速度離開(kāi)太陽(yáng)系，方向是與黃道平面成35度夾角向北，大體是太陽(yáng)向點(diǎn)（Solar Apex）的方向（太陽(yáng)相對(duì)于附近恒星的運(yùn)動(dòng)方向）。旅行者1號(hào)離開(kāi)太陽(yáng)系后將向著蛇夫座的方向飛去。到公元40 272年（距今38 259年后），旅行者1號(hào)將到達(dá)距離小熊座一顆模糊恒星（稱為AC+79 3888）1.7光年的地方。

旅行者2號(hào)正以每年3.1天文單位的速度離開(kāi)太陽(yáng)系，方向與黃道平面成48度夾角向南，朝射手座和孔雀座的方向飛去。在大約4萬(wàn)年后，旅行者2號(hào)將到達(dá)距離一顆名為Ross 248的恒星1.7光年的位置，這顆小型恒星位于仙女座。

“旅行者”發(fā)射于遙遠(yuǎn)的1977年，它為什么能夠工作這么久的時(shí)間呢？答案就是它搭載的钚238核能電池，旅行者1號(hào)和2號(hào)上面的磁場(chǎng)和粒子探測(cè)設(shè)備還能工作到2020年。在旅行者1號(hào)的掃描平臺(tái)上，只有紫外線探測(cè)設(shè)備還在反饋數(shù)據(jù)，盡管通過(guò)這些數(shù)據(jù)并不能辨別出太陽(yáng)圈和星際空間，美國(guó)航空航天局（NASA）也已經(jīng)沒(méi)有資助有關(guān)這一設(shè)備的任何科學(xué)團(tuán)隊(duì)。放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機(jī)每年產(chǎn)生的功率不到4瓦，因此科學(xué)家需要確定哪種設(shè)備是傳回太陽(yáng)圈和星際空間關(guān)鍵數(shù)據(jù)的優(yōu)先設(shè)備。目前，加熱器等其他一些航天器設(shè)備已經(jīng)被關(guān)閉。到2020年，由于電能有限，旅行者號(hào)的引擎將開(kāi)始逐一關(guān)閉剩余的各項(xiàng)設(shè)備?？茖W(xué)家預(yù)計(jì)，最后一個(gè)科學(xué)設(shè)備將工作到2025年。

在2025年以后，我們就將收不到有關(guān)的科學(xué)數(shù)據(jù)，但旅行者號(hào)的工程數(shù)據(jù)還將在之后幾年中繼續(xù)傳回。旅行者1號(hào)和2號(hào)或許可以在2036年左右成為深空網(wǎng)絡(luò)（Deep Space Network）的一部分，這需要取決于它們還保存有多少電能，即是否還能向地球傳回?cái)?shù)據(jù)。

結(jié)語(yǔ)

旅行者1號(hào)已經(jīng)大膽闖入了先前沒(méi)有任何探測(cè)器到過(guò)的地方，取得了科學(xué)編年史上最重要的一項(xiàng)技術(shù)成就。隨著它駛?cè)胄请H空間，人類的科學(xué)夢(mèng)想和科學(xué)事業(yè)又掀開(kāi)了新一頁(yè)篇章?；蛟S未來(lái)會(huì)有深空探險(xiǎn)家能夠追上旅行者1號(hào)（盡管目前的技術(shù)來(lái)看，這幾乎是不可能的），緬懷我們的首位星際特使，緬懷這艘無(wú)畏的飛船如何幫助他們實(shí)現(xiàn)了未來(lái)……