“旅行者號”離開地球40周年：《三體》的忠實粉絲很不安

　　40年前的今天（美國當(dāng)?shù)貢r間8月20日），宇宙飛船“旅行者二號”發(fā)射升空。
 

　　“旅行者二號”和它相隔兩周發(fā)射的孿生哥哥“旅行者一號”，一南一北，分頭向太陽系的兩端前進(jìn)。它們是目前服役最久、距離地球最遠(yuǎn)的人類航天器，其中“旅行者一號”已經(jīng)離開了太陽風(fēng)的勢力范圍，正在星際空間穿行。

　　旅行者號
 

　　它們的存在可能令《三體》的死忠粉感到不安。根據(jù)劉慈欣的“黑暗森林法則”，在黑暗無垠的宇宙中，一個文明要盡量隱藏自己的星球坐標(biāo)，以免招致外來的攻擊。而現(xiàn)在，這兩個明確標(biāo)注著太陽系坐標(biāo)的航天器，正無畏地向未知的遠(yuǎn)方前行。
 

　　時光倒回40年前，人類航天史上的黃金時代。經(jīng)費充裕的美國國家航空航天局（NASA）制定了旅行者計劃，打算探測兩大行星木星和土星，以及它們的衛(wèi)星。如果情況順利，也可以順便拜訪一下天王星和海王星。熱情洋溢的NASA科學(xué)家們還為未知的外星文明準(zhǔn)備了一份禮物：旅行者號飛船上搭載著記錄地球音像資料的“金唱片”，唱片上刻有太陽系相對于宇宙中14顆穩(wěn)定脈沖星的位置。

　　“金唱片”

　　或許 “金唱片”未來會被外星文明截獲，作為通往地球的“藏寶圖”，引發(fā)星際爭奪大戰(zhàn)。但目前來看，兩艘飛船的飛行速度相對于整個宇宙來說只是在“蠕動”，在4萬年內(nèi)都不會接近下一顆星球。所幸的是，它們?nèi)耘cNASA保持著聯(lián)系，時不時向地球匯報旅途中的“所見所聞”。由于距離遙遠(yuǎn)， 一次“匯報”需要18小時。
 

　　關(guān)于這兩艘傳奇的宇宙飛船，這里有10條你可能感興趣的事實。
 

　　1、175年一遇的“引力彈弓”
 

　　1965年，美國田納西大學(xué)空間研究院分析專家蓋瑞•弗蘭德羅（Gary·Flandro）在研究木星探索任務(wù)時意外發(fā)現(xiàn)：每隔175年，木星、土星、天王星和海王星就會形成奇妙的行星幾何曲線排列。在這個時候發(fā)射探測器，只需要少量的燃料和航道調(diào)整，就能借助“引力彈弓”效應(yīng)快速訪問這四顆氣態(tài)巨行星，即把行星當(dāng)作“引力助推器”，利用行星的引力場來給飛船加速，把它甩給下一個目標(biāo)。一般情況下，飛船到海王星需要30年，而利用這種特殊的“彈弓”，時間會縮短到12年。

　　“引力彈弓”
 

　　1977年就是這樣一個175年一遇的節(jié)點。NASA臨時辟出原屬“水手計劃”的“旅行者一號”和“旅行者二號”，獨立設(shè)計雄心勃勃的“旅行者計劃”。
 

　　2、孿生飛船
 

　　外太陽系在當(dāng)時尚屬未知領(lǐng)域，為了提高項目成功率，“旅行者計劃”在不同軌道上發(fā)射兩個無人探測器，從不同的角度深入研究行星。“旅行者一號”和“旅行者二號”外觀結(jié)構(gòu)類似，攜帶的設(shè)備也大同小異。“旅行者二號”在1977年8月20日發(fā)射升空，而“旅行者一號”因故障反而推遲到兩周后的9月5日發(fā)射。

　　1977年，“旅行者一號”和“旅行者二號”相隔兩周發(fā)射
 

　　3、堪稱“地球檔案”的金唱片
 

　　飛船攜帶的“金唱片”，是一塊鍍金銅板，刻有唱片的播放方式和太陽系相對于14顆脈沖星的位置。唱片收錄了地球文明的一些代表性成果，可以在宇宙中保存10億年。這或許會久過人類自身存在的時間，成為我們在宇宙中存在過的證據(jù)。

　　“金唱片”上的圖片示例
 

　　55種人類語言（包括中國的普通話、粵語、閩南語、吳語）
 

　　致辭：時任美國總統(tǒng)卡特以及時任聯(lián)合國秘書長瓦爾德海姆代表人類向外星人的問候致辭
 

　　世界音樂：中國的古琴名曲《高山流水》、莫扎特的《魔笛》、日本的尺八曲等
 

　　地球之聲：潮汐、風(fēng)雨雷電、鳥鳴等自然界的聲音
 

　　115張照片：包括阿拉伯?dāng)?shù)字、化學(xué)元素、人類發(fā)育、各地建筑等

　　“金唱片”上的圖片示例
 

　　此外，唱片上還有一塊直徑2厘米的區(qū)域鍍有超純鈾-238，半衰期45億萬年。這是一個給外星生命的計時“沙漏”。
 

　　4、唯一造訪過四大氣態(tài)行星的探測器
 

　　盡管晚了兩周發(fā)射，“旅行者一號”卻比 “旅行者二號”飛得更遠(yuǎn)。這是因為，“旅行者一號”并未造訪天王星和海王星。
 

　　“旅行者一號”從1979年1月開始對木星進(jìn)行拍攝。同年3月，旅行者1號順利地借助木星的引力，朝土星的方向進(jìn)發(fā)。它在1980年11月經(jīng)過土星，探測到土星環(huán)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并且對土衛(wèi)六上的大氣層進(jìn)行了觀測。由于發(fā)現(xiàn)土衛(wèi)六擁有濃密的大氣層，NASA最終決定讓“旅行者一號”駛近土衛(wèi)六，終止了它探索其他兩大行星的任務(wù)。

　　“旅行者一號”拍攝的土星環(huán)
 

　　這任務(wù)只能由“旅行者二號”來繼承。土星引力讓“旅行者二號”的速度從16千米每秒增加到25千米每秒，5年時間就到達(dá)了天王星。1986年1月24日，旅行者2號到達(dá)天王星的最近點，距離天王星云層頂部8.15萬千米，并首次發(fā)現(xiàn)了天王星獨特的磁場，天王星自轉(zhuǎn)軸傾斜97.77°，它的磁場卻只傾斜了60°，且磁尾因為天王星自轉(zhuǎn)而扭曲成螺旋形，原因目前仍未確定。1989年8月25日，告別天王星后，“旅行者二號”花了將近4年的時間來到海王星的最近點。

　　“旅行者二號”拍攝的海王星
 

　　5、發(fā)現(xiàn)之旅
 

　　旅行者號的足跡遍布外太陽系，它們的航行收獲了許多前所未有的發(fā)現(xiàn)：土星光環(huán)其實由數(shù)以千計的小環(huán)和空隙構(gòu)成，如同一張唱片；天王星的怪異磁場和10顆新衛(wèi)星；海王星上出現(xiàn)巨大的暗斑；木衛(wèi)一伊奧（Io）上存在幾百座活火山；木衛(wèi)二歐羅巴（Europa）有地下海洋的痕跡；土衛(wèi)六泰坦（Titan）擁有最接近地球的大氣；海衛(wèi)一（Triton）上的間歇噴泉高達(dá)8千米。

　　“旅行者一號”拍攝的木衛(wèi)一伊奧
 

　　6、太陽系唯一一張全家福
 

　　1980年離開土星后，NASA關(guān)閉了“旅行者一號”的攝像頭。1990年的情人節(jié)，NASA最后重啟了一下相機，讓“旅行者一號”“回頭”給太陽系拍攝了全家福，其中水星和金星未能成像。

　　太陽系全家福
 

　　7、“旅行者一號” 有沒有飛出太陽系？
 

　　2013年，NASA曾召開新聞發(fā)布會，宣布“旅行者一號”已經(jīng)飛出太陽系，進(jìn)入星際空間。但隨后，又有許多聲音質(zhì)疑這是一條“假新聞”， “嫦娥一號”總設(shè)計師葉培健院士就指出，“旅行者一號”一萬年也飛不出太陽系。
 

　　那么，“旅行者一號”到底有沒有飛出太陽系呢？事實上，爭議源于太陽系邊界的界定問題。如果按照太陽系的引力范圍界定，“旅行者一號”還遠(yuǎn)遠(yuǎn)未及。而NASA值的是它離開了太陽風(fēng)的作用范圍，即日球?qū)印?br />  

　　太陽風(fēng)在星際介質(zhì)（主要是氫氣和氦氣）間吹出的“泡泡”就是日球?qū)?。太陽風(fēng)逐漸受到星際介質(zhì)的影響，速度減弱。太陽風(fēng)與星際介質(zhì)相互作用的區(qū)域被稱為“日鞘”，日鞘的內(nèi)部邊界是終端震波，外層邊界是日球頂層。
 

　　NASA官網(wǎng)資料顯示，“旅行者一號”和“旅行者二號”分別于2004年12月和2007年8月穿越終端震波，進(jìn)入日鞘。它們遭遇終端震波的位置分別距離太陽94AU（AU，天文單位，即太陽和地球間的平均距離，約為1.5億公里）和84AU。
 

　　2012年8月25日，“旅行者一號”穿越日球頂層，進(jìn)入星際空間。“旅行者二號”預(yù)期在未來數(shù)年內(nèi)穿越日球頂層。
 

　　8、傳回信息需要18小時
 

　　截至8月份，“旅行者二號”距離地球115AU（約172億公里），“旅行者一號”距離地球139.3AU（約208億公里）。這意味著，“旅行者一號”發(fā)射的無線電信號，NASA需要18個小時才能接受到。
 

　　通過分析兩艘飛船傳回的帶電粒子、磁場、低頻電磁波和太陽風(fēng)等離子體數(shù)據(jù)，科學(xué)家們得以比較太陽風(fēng)和星際介質(zhì)在太陽系不同位置的相互作用。
 

　　9、2030年關(guān)閉最后的設(shè)備
 

　　木星軌道之外，太陽能就很微弱了。因此，科學(xué)家們?yōu)槁眯姓咛杺儨?zhǔn)備了核動力，每艘飛船攜帶三組放射性同位素?zé)犭姲l(fā)電機。钚-238的半衰期為88年，目前，飛船的動力正在以每年4瓦特的速率持續(xù)下降。
 

　　目前，飛船上的磁場和粒子探測設(shè)備仍在工作。但為了節(jié)省電力，在2020年后，這些設(shè)備將被逐一關(guān)閉?？茖W(xué)家們預(yù)期，他們將會在2030年關(guān)閉飛船最后的科學(xué)設(shè)備。用于通訊的電力還會再維持幾年，隨后，旅行者號們的信號將消失在太空中。
 

　　為了盡可能延長飛船的壽命，科學(xué)家們不得不請當(dāng)年的工程師們協(xié)助，檢索舊檔案，查找?guī)资昵皩懴碌闹噶詈统绦颉?br />  

　　10、四萬年后遇上另一顆恒星
 

　　電力耗盡后，兩艘飛船仍將在當(dāng)前軌道上，以當(dāng)前速度圍繞銀河系中心飛行，周期為2.25億年。不過，在4萬年內(nèi)，它們都不會遇上另一顆恒星。
 

　　“旅行者一號”正在以每年3.5天文單位速度離開太陽系，與黃道平面成35度夾角向北，朝蛇夫座的方向飛去。在大約4萬年后，“旅行者一號”會接近鹿豹座的AC+79 3888。
 

　　“旅行者二號”正以每年3.1天文單位的速度離開太陽系，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4萬年后，“旅行者二號”將到達(dá)距離一顆名為Ross 248的恒星1.7光年的位置，這顆紅矮星位于仙女座。

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