“旅行者号”或将退役 这些有关它们的知识你了解多少
1977年8月20日和9月5日,美国国家航空航天局(NASA)先后发射了两枚名为“旅行者号”(Voyager)的探测器。它们是人类最著名的外层星系空间探测器,两个姊妹探测器沿着两条不同的轨道,向着太阳系外飞行。
虽然“旅行者1号”目前仍在正常运行,但据报道称,科学家最近注意到该探测器姿态关节和控制系统(AACS)的数据并不能反映飞船的实际情况,“所有迹象都表明AACS仍在工作,但它返回的遥测数据无效,比如看上去像是随机数,或者不在设定好对应某种状态的数据范围内”。“旅行者2号”探测器目前倒是运转正常。不得不说,它们都已经老了,能源也在不断衰减,尽管任务团队已经关闭了一些组件来节省能量,但目前估计也只能让探测器继续工作到2025年。
在“旅行者号”或将退役之际,我们来盘点一些与“旅行者号”相关的科学问题,致敬人类太空探索的先行者。
“旅行者号”飞出太阳系了吗?
经常有媒体报道说“旅行者号”已经飞到太阳系之外,这实际上大错特错,再给它1万年也飞不出去。NASA曾宣布的“旅行者号”飞出了“边界层”,也就是“日球层”,这个层究竟是一个什么样的层?
其实,看似空无一物的太阳系空间,充满了太阳大气放出的等离子体带电粒子流,被称为太阳风,其中73%是氢(质子),25%是氦(α粒子)。太阳风离开太阳后还会加速到超声速,平均可达每秒300—700千米,但会在远离太阳的区域与星际物质碰撞并减速,甚至停下来。作一个简单的比喻,日球层就好像太阳风吹进星际空间物质中的气泡,气泡的边界就是“旅行者号”穿越过的边界,距离地球大约180亿千米,目前“旅行者号”的飞行距离已超过200亿千米。
“旅行者号”用的是什么能源?
虽然对于飞行在太阳系中的探测器而言,太阳的能量近乎无穷无尽。但“旅行者号”飞行到距离太阳较远的区域,太阳的光照强度其实已经非常弱了,难以用来发电,所以“旅行者号”飞船的供能主要依靠内置的核电池,它被设计为可以供能到2025年。
凭借这个核电池就足以让“旅行者号”飞行超过200亿千米吗?当然也不是。人造探测器能够离开地球进入太空,主要依靠带它摆脱地心引力的庞大火箭动力。进入太空之后,阻力近乎为0,探测器可以靠惯性飞行。虽然,探测器受到了像太阳这样巨型天体的引力制约,但巨型天体的引力也给了探测器“借力”的机会,探测器可以利用“引力弹弓”的效应加速,不断达到更高的速度。
什么是“引力弹弓”?就好比高速飞过来的足球,再用力踢出去,球可能飞得会比来时更快。“旅行者号”在经过几次“引力弹弓”加速后,每次速度都能大幅提高。
“旅行者号”携带了一定的燃料,用于不断对飞行姿态和轨道进行“微调”,借助多次“引力弹弓”加速作用之后,在45年间才能飞到如此之远的深空。
距离那么远,“旅行者号”能跟地球联络上吗?
“旅行者号”曾在上百亿千米外将遥远行星的照片发送回来,这就说明它们与地球是可以通信的。为什么与地球相距这么远,“旅行者号”还没“失联”?其实,它的通信方法很普通,就是用无线电通信,跟我们日常生活中的手机通信是一个原理。“旅行者号”的顶端装有一个外形酷似一口锅、直径达3.7米的抛物面天线,主要就是为了能跟地球之间收发无线电。
不过,我们去爬山的时候就很容易因为附近没有基站而找不到手机信号,茫茫宇宙中,信号是何等微弱,“旅行者号”天线再大也有极限,这就需要地球上有非常强大的天线,来接收“旅行者号”从宇宙深处发回的信号。
NASA于20世纪60年代开始建造深空网络(DSN),由直径达70米的巨大天线组成。后来用于“旅行者号”信号接收的3个主要站点,分别为“戈尔德斯通深空站”“马德里深空站”以及“堪培拉深空站”。这3个站点在经度方面分布均匀,可以避免因地球自转而产生的“通信盲区”,从而实现与“旅行者号”全天24小时的不间断通信。
近年来,中国科学家正在论证太阳边际探测的重要性和可行性,欧洲最近也提案了新的太阳边际探测器计划。今年3月,全国政协常委、中国探月工程总设计师吴伟仁在接受采访时曾表示,中国正在组织专家深化论证太阳系边际探测方案,计划于2049年实现100个AU(天文单位,1AU等于1个日地距离),也就是150亿千米远的深空探测。
“路漫漫其修远兮,吾将上下而求索”。自古以来,仰望星空,人类对于宇宙的好奇心是代代相传、无穷无尽的。通过回顾飞行时间超过45年、飞行距离超过200亿千米的“旅行者号”飞船,我们再一次体会到了人类探索太空的初心和决心,空间科学和空间技术的完美结合。未来人类注定将离开地球母亲的怀抱,走向更深更远的宇宙空间,发现越来越多的星辰奥秘。
(据中科院之声公众号)
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