旅行者2號的信號是怎么失而復(fù)得的

編譯 王曉濤

在美國宇航局旅行者號星際任務(wù)項(xiàng)目管理人蘇珊娜·多德（Suzanne Dodd）看來，旅行者1號和旅行者2號這兩個(gè)孿生探測器“某種程度上是我的初戀——而且是真愛”。

1977年，旅行者1號和旅行者2號相繼發(fā)射升空，前后只隔了兩周。在此后的多年里，多德對這兩位“老派”星際探險(xiǎn)家的愛逐漸綻放。1984年，剛畢業(yè)不久的多德開始參與旅行者號項(xiàng)目，之后轉(zhuǎn)去了美國宇航局的其他項(xiàng)目，比如“卡西尼-惠更斯”空間研究任務(wù)。再之后，她又在2010年回到了職業(yè)生涯的起點(diǎn)，擔(dān)任旅行者號星際任務(wù)項(xiàng)目管理人至今。

旅行者1號和旅行者2號這兩個(gè)孿生探測器每個(gè)都配備了大量儀器設(shè)備，包括電視照相機(jī)、紅外和紫外傳感器、宇宙射線和帶電粒子傳感器，以及一張鍍金唱片——唱片里是人類精挑細(xì)選出的一些音效和圖片，旨在向任何發(fā)現(xiàn)探測器及唱片的“人”或“物”描繪地球生命和文化的絢爛多彩。按照設(shè)計(jì)，這兩個(gè)探測器的主要任務(wù)是近距離探測木星和土星。2010年多德重回旅行者號項(xiàng)目時(shí)，它們早已完成這個(gè)任務(wù)，并且把外行星（木星、土星、天王星和海王星）遠(yuǎn)遠(yuǎn)甩在了身后。

2012年8月25日，旅行者1號歷史性地進(jìn)入了星際空間——太陽不斷釋放的物質(zhì)流和磁場無法再影響周圍環(huán)境的地方——6年后，旅行者2號也完成了這個(gè)里程碑式成就。

在那以后，這兩個(gè)探測器仍在繼續(xù)探索宇宙，并且不斷把收集到的各種信息——比如星際磁場和宇宙射線——通過深空網(wǎng)絡(luò)（DSN，美國宇航局在全球范圍內(nèi)安放的三座巨型射電天線陣列，彼此間距離相等，用以支持行星際航天器任務(wù)）傳回地球。

然而，2023年7月下旬，美國宇航局突然丟失了與旅行者2號的聯(lián)系。對此，多德表示：“這很痛苦，我們很傷心，更是憂心忡忡?！?/p>

很快，研究人員就確定了問題所在。

為了精準(zhǔn)地調(diào)節(jié)旅行者2號的天線，使其更準(zhǔn)確地指向地球，飛行器控制人員建立了一套發(fā)送給航天器的精準(zhǔn)指令。在審查指令的過程中，他們意識到有參數(shù)錯了。

多德解釋說：“于是，我們用正確的參數(shù)重新建立了指令。問題在于，我們不小心把原來那版錯誤的指令發(fā)給了航天器，而不是更新后的正確版本?！?/p>

這個(gè)錯誤導(dǎo)致旅行者2號的天線指向了偏離地球2°的位置，于是，航天器與控制人員之間的所有聯(lián)系都被切斷了。

旅行者2號下一次利用太陽與老人星（夜空中第二亮的恒星）自動把天線對準(zhǔn)地球的時(shí)間是10月中旬。雖然多德自信屆時(shí)就會恢復(fù)與這個(gè)航天器之間的聯(lián)系，但她并不想依賴自動校準(zhǔn)這個(gè)內(nèi)置的保護(hù)功能。另外，她也不想等待3個(gè)月才獲得航天器在此期間收集到的下一批科學(xué)數(shù)據(jù)。

蘇珊娜·多德

深空站23號，照片拍攝于2023年8月3日清晨

于是，多德和她的同行——既有美國的，也有國際合作者——開始嘗試一切他們可以嘗試的方法（不論成功概率有多低），只為人工恢復(fù)與這個(gè)老款大眾甲殼蟲汽車大小相當(dāng)、正以大于每小時(shí)5.6萬千米的速度在距地球190多億千米之外的深空中穿行的航天器之間的聯(lián)系。

要想實(shí)現(xiàn)這個(gè)壯舉，關(guān)鍵在于構(gòu)成深空網(wǎng)絡(luò)的三座巨型射電天線陣列之一——堪培拉深空通信復(fù)合體。

和其他兩座分別位于馬德里和加利福尼亞的射電天線陣列一樣，堪培拉深空通信復(fù)合體的主體也是一塊龐大的天線盤，也即深空站43號。位于堪培拉的這塊天線盤反射面由1 200多塊鋁板構(gòu)成，直徑達(dá)到70米，也是南半球最大的可操縱拋物線天線。

另外，它也是深空網(wǎng)絡(luò)中目前唯一一個(gè)可以與旅行者2號通信的天線陣列。

堪培拉深空通信復(fù)合體研究員格倫·奈格爾（Glen Nagle）解釋說：“1989年，旅行者2號邂逅海王星，之后就向南飛出了黃道面?，F(xiàn)在，它已經(jīng)離我們太遠(yuǎn)太遠(yuǎn)了，遠(yuǎn)到因?yàn)榈厍虻淖韪?，我們在北半球的姊妹觀測站已經(jīng)看不到它了。”

奈格爾大笑著說：“所以，從某種意義上說，旅行者2號自2002年起就專屬于我們了。”

重新聯(lián)系旅行者2號這個(gè)宏大計(jì)劃的第一部分需要使用深空站43號傾聽它發(fā)出的任何微弱載波信號——用奈格爾的話說，那是“航天器的心跳”。

堪培拉深空通信復(fù)合體的科學(xué)家很快就探測到了一個(gè)類似旅行者2號的微弱信號，這點(diǎn)燃了大家的希望。不過，為了確認(rèn)，他們又仔細(xì)聽了一遍所有來自深空的聲音，并且再一次探測到了之前的那個(gè)微弱信號。

處理完無關(guān)數(shù)據(jù)后——用奈格爾的話說，那是“清除宇宙發(fā)出的垃圾郵件”——在澳大利亞工作的這些科學(xué)家將與這個(gè)信號相關(guān)的信息發(fā)送給了多德以及她在美國的團(tuán)隊(duì)，做進(jìn)一步分析，后者隨后確認(rèn)這個(gè)信號確實(shí)來自旅行者2號。

接著，堪培拉深空通信復(fù)合體的科學(xué)家向旅行者2號發(fā)送了一條信息——奈格爾說：“這是一次跨越星際的打招呼?！睘榱颂嵘教炱魈炀€發(fā)現(xiàn)這條信息的概率，科學(xué)家在正常水平的基礎(chǔ)上把信號強(qiáng)度提高了接近250%。

奈格爾表示：“這條信息只包含一條指令——讓你的天線再次對準(zhǔn)地球?！?/p>

然后就是漫長的等待。旅行者2號距地球?qū)嵲谔h(yuǎn)，地球發(fā)出的信息需要18.5小時(shí)才能抵達(dá)這個(gè)探測器所在的位置，這同時(shí)意味著科學(xué)家之后還得再等18.5小時(shí)才能知曉旅行者2號是否接收到了信息并且照做了。對此，他們的信心不足。

不過，在37個(gè)小時(shí)的焦急等待后，一個(gè)信號到了。毫無疑問，信號源正是旅行者2號——地球與這個(gè)短暫“丟失”的航天器恢復(fù)了通信。

奈格爾說：“控制室里歡欣雀躍，大家互相擊掌。就好像旅行者2號的信號從來沒有消失一樣，一切都恢復(fù)了正常?！?/p>

多德表示，她的美國宇航局團(tuán)隊(duì)正在徹底調(diào)查這次事故，以保證這樣的意外不會再次發(fā)生。不過，她也很清楚，終有一天，她深愛的這兩個(gè)孿生探測器的钚電池會耗盡——屆時(shí)，地球?qū)⒂肋h(yuǎn)失去與它們的聯(lián)系。

雖然這一天不可避免，但科學(xué)家還是想盡可能推遲它的到來。為此，美國宇航局正在逐步關(guān)閉旅行者1號和旅行者2號上的設(shè)備，以節(jié)省能源。多德說：“等到關(guān)到只剩最后一臺儀器時(shí)，我們就不關(guān)了，讓它一直運(yùn)行到我們徹底失去信號的那一天，因?yàn)榈搅四莻€(gè)時(shí)候，航天器已經(jīng)沒有足夠的能源讓發(fā)射器向我們發(fā)送信號了?！?/p>

她認(rèn)為，那一刻會在“2027—2029年間到來，運(yùn)氣好的話說不定能到2030年”。

不過，即使能源耗盡、無法再把宇宙信息發(fā)送回地球，旅行者號這兩個(gè)孿生航天器也仍會繼續(xù)它們漫長且孤寂的宇宙之旅，繼續(xù)在那無垠的黑暗中飛行數(shù)百萬乃至數(shù)十億年。

奈格爾說：“從長遠(yuǎn)考慮，它們的存在時(shí)間最終會超過地球和太陽，會成為證明我們曾在宇宙中存在過的最后見證人?！绷硗?，它們甚至可能——只是可能——向外星文明證明，宇宙中至少還存在（或存在過）另一個(gè)智慧文明。正如多德所說：“或許，在十幾萬年之后，有什么人或有什么東西會找到它們，然后聽聽它們攜帶的金唱片?！?/p>

資料來源CosmosMagazine