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旅行者1號探測器

鎖定
旅行者1號探測器(英文:Voyager1 [16]  )是由美國宇航局(NASA)研製的一個無人外太陽系空間探測器 [1] 
旅行者1號探測器質量為815千克,全部探測器展開最大尺寸8.6米,探測器由高增益天線、核電池、電子儀器艙、射電與等離子體波天線和多種空間探測儀器組成。 [11] 
旅行者1號探測器於1977年9月5日發射,截止到2020年6月仍然正常運作。它曾到訪過木星及土星,是提供了其衞星高解像清晰照片的第一艘航天器。它的主要任務在1979年經過木星系統、1980年經過土星系統之後,結束於1980年11月20日。它也是第一個提供了木星土星以及其衞星詳細照片的探測器。距今離地球最遠的人造衞星截至2023年1月1日止,旅行者1號正處於離太陽243.7億千米的距離。 [14] 
2024年4月,旅行者1號探測器恢復向地球發送數據。 [30] 
中文名
旅行者1號探測器
外文名
Voyager 1 [11]  [16] 
隸屬組織
美國國家航空航天局(NASA)
製造國家
美國
NSSDC ID
1977-084A
姊妹探測器
旅行者2號
發射時間
1977年9月5日12:56:00 UTC
質    量
815千克(KG)
發射地點
佛羅里達卡納維拉爾角發射基地
發射載體
大力神3E運載火箭(半人馬座)
目的星球
木星土星、外太陽系
功    耗
470瓦
目前狀態
處於太陽系最外層邊界
硬件配置
Intel4004,0.108MHz,68KB內存
能    源
同位素温差核電池

旅行者1號探測器研製歷程

旅行者1號探測器歷史背景

在太空飛行的旅行者1號飛船 在太空飛行的旅行者1號飛船
旅行者1號最初計劃屬於水手計劃裏的水手11號太空船,它的設計利用了屬於當時的新技術引力加速。幸運的是,這次任務剛巧碰上了176年一遇的行星幾何排列。太空船隻需要少量燃料以作航道修正,其餘時間可以藉助各個行星的引力加速,以一艘太空船就能造訪太陽系裏的四顆氣體行星:木星土星天王星海王星。兩艘姊妹船旅行者1號及2號就是為了這次機會而設計,它們的發射時間是被計算過以便儘量充分利用這次機會。亦拜這次機會所賜,兩艘太空船隻需要用上12年的時間就能造訪四個行星,而非一般的30年時間。 [20] 

旅行者1號探測器任務目標

攜帶了一個銅製鍍金磁盤唱片,還有一個金剛石留聲機針,這個唱片哪怕過了10億年,音質依舊不會有任何差別。 [2] 
旅行者1號原先的主要目標,是探測木星與土星及其衞星與土星環。任務現已變為探測太陽風頂,以及對太陽風進行粒子測量。兩艘旅行者號探測器,都是以三塊放射性同位素温差發電機作為動力來源。這些發電機已經大大超出了起先的設計壽命,一般認為它們在大約2020年之前,它們仍然可提供足夠的電力令太空船能夠繼續與地球聯繫。
在順利地藉助了木星的引力後,太空船朝土星的方向進發。旅行者1號於1980年11月掠過土星,於11月12日最接近土星,距離土星最高雲層124,000千米以內。太空船探測到土星環的複雜結構,並且對土衞六上的大氣層進行了觀測。由於發現了土衞六擁有濃密的大氣層噴氣推進實驗室的控制人員最終決定了讓旅行者1號駛近一點土衞六進行研究,並隨即終止了它繼續探訪其餘兩顆行星。結果造訪天王星海王星的任務只得交予旅行者2號。這次靠近土衞六的決定使太空船受到了額外的引力影響,最終使太空船離開了航道,終止了它的探索行星任務。
在2011年2月,就有跡象表明,“旅行者1號”已在之前某個時刻抵達了太陽系邊緣的“過渡區”,這個過渡區就是太陽系與星際空間最後的交界處。“旅行者1號”已抵達邊界處,也就是説,它將很快進入星際空間了。
一旦進入星際空間,“旅行者1號”將需要4萬年的時間才能抵達下一個恆星系
“旅行者1號”上的核電池,科學家説,探測器上攜帶三枚核電池,能夠保證它繼續飛行至2025年。一旦電池耗盡,“旅行者1號”將繼續向銀河系中心前進,再也回不來了。 [3]  [17] 
旅行者1號探測器飛行線路

旅行者1號探測器系統組成

旅行者1號探測器總體設計

旅行者1號探測器的總體結構,頭部是一個扁平的十面稜柱體,中央裝有球形燃料貯箱,周圍安置着電子設備。探測器頭上戴有一頂大草帽形狀的設備-一個直徑為3.7米的拋物面天線定向天線,下部的兩個長條天線實際上都是鞭狀天線。向左右伸開的兩個手臂,一長一短,長的是磁強計支桿,短的是紅外干涉頻譜儀支架其中除紅外光譜儀外,還有宇宙線探測計、等離子體探測器、廣角攝像機、窄角攝像機、紫外光譜儀。“旅行者1號”的側身還掛着補充能量用的發電機一一放射性同位素熱電發生器,就是兩枚核電池,亦稱鈈電池。在燃料貯箱上側旁裝有16台小型液體火箭發動機,以供探測器改變飛行方向和調整姿態使用。 [20]  [24] 
旅行者1號探測器示意圖

旅行者1號探測器能源裝置

旅行者1號探測器的核電池(代號:RTG)通過使用三個放射性同位素熱電發生器為航天器系統和儀器提供了電力能源。核電池RTG串聯組裝在一個可展開的吊杆上,該吊杆鉸接在連接到基本結構的支柱的支腿佈置上。每個核電池單元裝在外殼中,直徑406毫米,長度508毫米,重量39千克。核電池RTG使用放射源為鈈-238,當鈈衰變時會釋放熱量。雙金屬熱核電池用於將熱量轉化為航天器的電源。隨着放射性物質的消耗,核電池RTG的總能源產量會隨着時間的推移而緩慢下降。因此,儘管旅行者1號上的核電池在發射時的初始輸出約為470瓦(30V直流電),但到1997年初(發射後約19.5年),其輸出功率已降至約335W。隨着功率的不斷下降,航天器上的載荷裝置功率負載也必須減少。預計至少在2025年之前,還可以進行有限的儀器操作。 [20]  [24-25] 

旅行者1號探測器通信裝置

旅行者1號探測器的無線電通信系統可以在太陽系範圍內使用。該通信系統包括直徑為3.7米的拋物面高增益天線,用於與地球上的三個深空站通信。飛行器通常使用2.3GHz或8.4GHz的頻率向地球傳輸數據,而從地球使用2.1GHz的頻率向旅行者1號發送信號。當旅行者1無法直接與地球通信時,其數字磁帶錄音機(DTR)可以記錄約64KB的數據,以便在其他時間傳輸。
旅行者1號通信是通過高增益天線和低增益天線提供的。高增益天線同時支持X波段和S波段下行鏈路遙測。旅行者號是第一個使用X波段作為主要遙測鏈路頻率的航天器。數據可以存儲起來,以便以後通過使用車載數字磁帶記錄器傳輸到地球。 [17]  [25] 

旅行者1號探測器飛控裝置

旅行者1號探測器空間飛行距離地球較遠,其指揮時間滯後,因此被設計為以高度自主的方式運行。為了做到這一點,並執行航天器飛行和儀器操作的複雜程序,探測器使用了三台相互連接的器載計算機。計算機命令子系統(CCS)負責存儲其他兩台計算機的指令,並在設定的時間發佈指令。探測器的飛行姿態和節點控制子系統(AACS)負責控制航天器的姿態和掃描平台的運動。飛行數據子系統(FDS)控制儀器,包括配置(狀態)或遙測速率的變化。所有三台計算機都有冗餘組件,以確保持續運行。AACS包括冗餘的恆星跟蹤器和太陽傳感器。 [17]  [25] 
旅行者1號主體部分裝置示意圖 旅行者1號主體部分裝置示意圖

旅行者1號探測器運載火箭

發射旅行者1號探測器的運載火箭為美國研製的大力神3E運載火箭(半人馬座)。
大力神3E火箭是美國大力神系列運載火箭的一種型號,大力神3號火箭由美國國防部主持研製,有A、B、C、D、E五種型號,可發射各種軌道衞星,有代表性的是“大力神3C”火箭。該火箭由“大力神3A”發展而來,主要用於發射軍用同步軌道衞星。火箭最長50.6米,最大直徑9.7米。 [27] 

旅行者1號探測器設計參數

旅行者1號探測器參考數據
基本參數
發射時的質量
815千克
運行時近似質量
733千克
在軌質量
721.9千克 [22] 
探測器組件
65000個部件
核電池燃料
鈈用於轉化為電力
電池功率
470瓦(發射時)
性能參數
飛行速度
17千米/秒(38000英里/小時)
飛行成本
從1972年5月到飛近海王星8.65億美元
飛行信息
運載火箭
大力神3E(綽號:半人馬座)
發射日期
1977年9月5日
發射地點
美國佛羅里達州卡納維拉爾角 [26] 

旅行者1號探測器任務載荷

旅行者1號探測器探測儀器

美航天局噴氣推進室愛德華·C·斯通 美航天局噴氣推進室愛德華·C·斯通 [25]
旅行者1號搭載探測儀器,共同提供了有關土星和木星的寶貴信息,並將繼續合作實現旅行者1號的星際任務:
  • 高場和低場磁強計(MAG)
MAG旨在測量太陽磁場的變化,以確定每顆外行星是否都有磁場,以及外行星的衞星和環如何與這些磁場相互作用。
  • 低能量帶電粒子(LECP)
LECP測量銀河系宇宙輻射的速度和方向,尤其是在低能量下。它具有三組粒子傳感器中最寬的能量範圍,並分析行星際高能粒子。
  • 等離子體子系統(PLS)
PLS旨在研究太陽風與木星和土星的相互作用,並探測太陽風減速和密度變大的區域。隨着旅行者1號接近日頂邊界,該儀器將首次探測到星際介質。
  • 宇宙射線子系統(CRS)
CRS尋找在一些行星周圍的強烈輻射場中發現的來自其他恆星的高能粒子。
  • 行星射電天文學(PRA)
PRA是一種複雜的無線電接收器,用於收聽太陽、行星及其磁層產生的無線電信號。它有助於描述行星無線電發射及其與行星衞星的關係,並探測到行星大氣層中的閃電。
  • 等離子體波子系統(PWS)
與PRA一樣,PWS是一個無線電接收器和放大器。它監聽人耳能聽到的頻率以及略高於可聽頻率的信號。它有助於確定與行星環相關的等離子體(電離氣體)信號的特徵,並將繼續確定等離子體的性質。
  • 紫外線光譜儀子系統(UVS)
UVS尋找已知某些元素和化合物發出的特定顏色的紫外線。紫外線有助於確定行星環的紫外線特性,並尋找任何環“大氣層”的痕跡。搭載探測儀器收集的科學數據,以160bps的速度實時發射返回地球。 [26] 

旅行者1號探測器媒體載荷

  • 鍍金唱片
在2006年,旅行者1號探測器將會是第三和第四件人造物件離開整個太陽系。其實先驅者號計劃的10號和11號早已於1972年及1973年分別被髮射上太空,先於旅行者1號探測器脱離太陽的引力,及攜有一塊細小的先驅者鍍金鋁板以説明他們被髮射的時間和地點,以便於任何在不久的將來發現它們的太空探險者辨識。
美國國家航空航天局以先驅者的例子為基礎,設計了一個更加複雜及詳細的訊息板,置於旅行者1號探測器之上。新的訊息板更像一個時間囊,打算向外太空的其他生物訴説地球人類身處的世界。
旅行者1號上攜帶了一張銅質磁盤唱片,它的外徑為12英寸,鍍金表面,內藏金剛石留聲機針。這意味着即使是十億年之後,這張唱片的音質依然和新的一樣。它的內容包括用55種人類語言錄製的問候語和各類音樂,另外,磁盤上還有115幅影像,包括太陽系各行星的圖片、人類的性器官圖像及説明等,這些數據旨在向“外星人”表達人類的問候。55種人類語言中包括了古代美索不達米亞阿卡得語等非常冷僻的語言,以及四種中國的方言(普通話閩南語粵語吳語)。 [10]  各個問候語的表述句子全部不一樣。唱片還包括了以下內容:
時任美國總統卡特的問候,內容是:“這是一份來自一個遙遠的小小世界的禮物。上面記載着我們的聲音、我們的科學、我們的影像、我們的音樂、我們的思想和感情。我們正努力生活過我們的時代,進入你們的時代。”
唱片內還包括一個90分鐘的聲樂集錦,主要包括地球自然界的各種聲音以及27首世界名曲,其中有中國古曲《流水》、莫扎特的《魔笛》和日本的尺八曲等。一共有115幅影像,太陽系各行星的圖片、人類生殖器官圖像及説明等。 [10] 
另外,唱片封套上也包括了一塊高純度的鈾238。由於已知其衰變為鈈239的半衰期約為41.7億年,這樣捕獲此唱片的外星生命即可據此推算出探測器的發射日期。 [26] 
旅行者1號攜帶的鍍金唱片
  • 55種語言
選取世界上55種語言,錄成問候語,循環播出。其中中國語言被選入四種。
55種語言
普通話(中國官方語言)
粵語(中國漢語方言)
閩南語(中國漢語方言)
吳語(中國漢語方言)
伊拉族語(贊比亞
恩古尼語
亞拉姆語 [12]  [25] 
  • 古典音樂
90分鐘的聲樂集錦集合了不同文化的古典音樂,共27首,其中包括:
金唱片中關於中國圖片之一-長城 金唱片中關於中國圖片之一-長城
德國-巴赫“F大調第二勃蘭登堡協奏曲第一樂章”,由慕尼黑巴赫管弦樂團演奏,由卡爾·李希特指揮。4分40秒
爪哇-“花的種類”,由Pura Paku Alaman以甘美朗演奏,由K.R.T. Wasitodipuro指導,由羅伯特·布朗錄製。4分43秒
塞內加爾-敲擊樂,由查理士·杜代爾(Charles Duvelle)錄製。2分08秒
剛果民主共和國-俾格米女子創始曲,由柯林·特恩布爾錄製。56秒
澳大利亞-澳大利亞原住民歌曲“星晨”及“邪惡鳥”,由Sandra LeBrun Holmes錄製。1分26秒
墨西哥-“El Cascabel”(門鈴)由Lorenzo Barcelata及Mariachi México演奏。3分14秒
美國-“Johnny B. Goode”由Chuck Berry作曲及演奏。2分38秒
新幾內亞-男士家歌,由Robert MacLennan錄製。1分20秒
日本-尺八“鶴の巣篭もり”(鶴巢),由山口吾郎演奏。4分51秒
德國/比利時-巴赫“Gavotte en rondeaux”(迴旋的嘉禾舞)來自小提琴E大調第3組曲,由Arthur Grumiaux演奏。2分55秒
奧地利/德國-莫扎特“Die Zauberflöte”(魔笛),第14號夜後詠歎調女高音莫澤爾,由巴伐利亞州歌劇院,由沃爾夫岡·薩瓦利希指揮。2分55秒
格魯吉亞-合唱團“Tchakrulo”,節目錄自莫斯科電台。2分18秒
秘魯-排笛和鼓,節錄自文化之家,利馬。52秒
美國-憂鬱藍調,由路易·阿姆斯壯和他的樂隊演奏。3分5秒
阿塞拜疆-風笛“Ugam”,由莫斯科電台錄製。2分30秒
俄羅斯/法國/美國-斯特拉文斯基“春之祭”古代舞,哥倫比亞交響樂團,由斯特拉文斯基指揮。4分35秒
德國/加拿大-巴赫“平均律鋼琴曲集第二卷,C調前奏曲及“賦格第一號”,由格連·古爾德以鋼琴演奏。4分48秒
德國/英格蘭-貝多芬“第五交響曲第一樂章”,愛樂管弦樂團,由奧托·克倫佩勒指揮。7分20秒
保加利亞-“Излел е Делю хайдутин”(Izlel je Delyo Hajdutin)由Valya Balkanska演唱。4分59秒
美國-納瓦夥印第安人,夜曲,由洛狄斯錄製。57秒
旅行者1號探測器原型 旅行者1號探測器原型
英格蘭-安東尼·霍伯恩“仙女圍繞”,來自《帕凡舞、三拍子舞蹈、德國土風舞及其他短曲調》,由大衞·門羅及倫敦古樂合奏團演奏。1分17秒
所羅門羣島-排笛,節錄自所羅門羣島廣播服務。1分12秒
秘魯-結婚曲,由高約翰錄製。38秒
中國-古琴曲《流水》,由管平湖演奏。7分47秒 [12] 
印度-百拉米拉加“Jaat Kahan Ho”由Surshri Kesar Bai Kerkar作曲。3分30秒
美國-“黑暗是夜晚,寒冷是平地”,由盲眼威利作曲及演奏。3分15秒
德國/匈牙利-貝多芬“降B大調第13絃樂四重奏”,著作130,獨唱短曲,由布達佩斯絃樂四重奏演奏。6分37秒
金盤上面的圖片是一些體現人類文明現狀和特點的圖片,但同時也刻意未發佈一些關於核爆炸蘑菇雲,或者關於貧窮和疾病的圖像。 [26] 
金盤包含的圖片

旅行者1號探測器飛行動態

旅行者1號探測器發射升空

1977年9月5日12點56分,旅行者1號在佛羅里達州卡納維拉爾角空軍基地,被搭載在一枚泰坦3號E半人馬座火箭上發射升空。剛好於旅行者2號在同年8月20日的發射之後不久。雖然發射時間較2號為後,但它卻被髮射進較快的軌道之中,讓它又比2號快一點到達木星及土星。最初,因為在泰坦3號E火箭燃燒過程的第二階段裏出現了約一秒鐘的燃燒不足,使地面的工作人員曾擔心會使太空船因此而不能到達木星。後來幸好證實了在半人馬座的上層仍有足夠的燃料供使用。 [11] 

旅行者1號探測器飛行歷程

旅行者1號與行星意示圖 旅行者1號與行星意示圖
1977年12月,趕上先離開地球的雙胞胎兄弟“旅行者2號”。 [13] 
1978年9月,離開小行星帶
1979年3月,近距離“拜訪”木星,看到了木星背陽面的極光。
1980年11月,近距離“探訪”土星,發回萬餘張彩色照片
旅行者1號在2011年3月9日距離太陽大約116.406個天文單位,以光速往來航天器和地球間的無線電訊號耗時16.13個小時旅行者1號相對速度是17.062千米/秒或61452千米/每小時(約38185英里/每小時)。每年約3.599天文單位,比姊妹號旅行者2號快了10%。旅行者1號在這樣的方位和速度下將會花上7萬3千6百年的時間經過半人馬座比鄰星。
2012年5月,已到達太陽系邊緣。
2012年12月3日美國科學家表示,正在太空“遠征”的“旅行者1”號探測器仍未飛離太陽系,這表明太陽系可能比人類預想的還要廣大。
2013年8月,NASA仍未確定旅行者1號是否飛出太陽系。
北京時間2013年9月13日凌晨2:00,NASA通過新聞發佈會正式確認旅行者1號進入恆星際空間,尚屬於太陽系中,離開太陽系系國內媒體誤讀驗證的方式是藉助2012年3月的日冕物質拋射測定。 [4] 
北京時間2014年9月13日凌晨2點,美國國家航空航天局(NASA)召開新聞發佈會,宣佈37年前發射的“”探測器已經離開太陽系,正在飛向別的恆星。“”同時也是首個衝出太陽系的人類製造的飛行器,在人類的航空航天史上成為一座極具紀念意義的里程碑。 [5]  [20] 
2017年11月28日,工程師們首次點燃了沉睡37年的航跡修正推進器(TCM),測試了其使用10毫秒脈衝定位飛船的能力。 [6] 
2023年12月,美國宇航局發佈博文,表示“旅行者 1 號”探測器再次遭遇故障,無法和地面進行通信。 [28] 
2024年4月,位於加利福尼亞州的美國宇航局噴氣推進實驗室(JPL)的工程師們不斷排除各種障礙,確認是部分內存受損導致的,出現故障的內存組位於旅行者1號的飛行數據系統(FDS)中。 [29]  當地時間4月18日,NASA工程師向旅行者1號發送信號,將負責打包工程數據的代碼發送到了飛行數據系統內存中的新位置。4月20日,任務團隊成功接收到旅行者1號發回的信號,時隔五個月首次獲得了探測器的工程數據,這表明調整發揮了作用。 [30] 
旅行者1號探測器喪失功能時間表(預計)
年份
因電力有限而停止操作的功能
2007
停止等離子子系統運作
2008
停止行星無線電天文實驗
2010
停止掃描平台及紫外線分光計觀測
2015
停止數據磁帶機運作
約2016
停止迴轉儀運作
2020
開始關閉科學儀器
2025或之後
沒有足夠電力供應任何單一儀器

旅行者1號探測器木土兩星

在木星周圍拍攝的照片
在木星周圍拍攝的照片(12張)
旅行者1號發射後,首次在1979年1月開始對木星進行拍攝。在同年的3月5日離木星最接近,只距離木星中心349,000千米。由於在如此近距離略過,太空船在48小時的近距離飛行時間中,得以對木星的衞星、環、磁場以及輻射環境作深入瞭解及高解像度拍攝。整個拍攝過程最終於四月完成。
兩艘太空船對木星及其衞星作出了不少重要發現,最令人驚訝的是在木衞一上發現了火山活動。這是當時並沒有在地球上觀察得到,就連先驅者10號及11號也未有觀察得到。
拍攝的土星照片
拍攝的土星照片(2張)
在順利地藉助了木星的引力後,太空船朝土星的方向進發。旅行者1號於1980年11月掠過土星,11月12日最接近土星,距離土星最高雲層124,000千米(77,000英里)以內。
在離開土星後,旅行者1號被美國太空總署形容為進行星際探索任務。估計兩艘旅行者太空船上的電池,均能夠提供足夠電力至2025年,供船上一部份的儀器操作。(注:下表中的“停止資料終端就緒運作”表明只能以70米/34米天線陣來接收每秒1.4位元的資料)
噴氣推進實驗室的科學家們正使用載於船上的等離子體波實驗來驗證日球層頂的存在。
旅行者1號探測器抵達太陽系邊緣示意圖 旅行者1號探測器抵達太陽系邊緣示意圖
噴氣推進實驗室收到來自旅行者1號探測器的彙報:探測器上的低能帶電粒子儀數據表明,由太陽發射的低能帶電粒子流抵達旅行者1號所處的位置時,其速度已經降為零。而在2011年2月,太陽風的已經開始出現停滯。2013年9月12日,美國宇航局官方證實旅行者1號探測器已經成功飛出太陽系,進入星際空間。進入星際空間,“旅行者”1號將需要4萬年的時間才能抵達下一個行星系。因此,正如已故美國天文學家、科普作家卡爾·愛德華·薩根所説,只有在星際空間中存在有能力進行太空旅行的高級生命時,探測器上的唱片才可能遇到目標並被播放。但卡爾還是高度評價這一舉動的意義,他説:“向浩瀚的宇宙中發射這個東西,表明這個行星(地球)上的生命的未來還是很有希望的。”
距離地球四十億千米時旅行者一號拍攝的地球 距離地球四十億千米時旅行者一號拍攝的地球
在這個過程中,卡西尼探測器的離子與中性粒子質譜儀發揮了很大的作用,該粒子質譜儀的數據從來未被公開過,其主要作用就是收集來自太陽系以外進入太陽系的中性粒子的數據。馬里蘭州約翰霍普金斯大學應用物理實驗室正是對卡西尼探測器磁層分析儀以及離子與中性粒子質譜儀的數據分析,並結合旅行者1號低能帶電粒子探測儀關於太陽系邊緣帶電粒子的分佈情況而得出結論。這是一次地球與處於太陽系邊界的信息交流,也是第一次發現旅行者1號提前抵達過渡區。在2011年11月7日,旅行者1號的位置在赤經17.184時、赤緯12.14°之處,並且是在黃道34.9°緯度位置,從地球上觀測來看它是朝向蛇夫座前進,距離地球大約119.488個天文單位。以光速溝通於航天器和地球之間的無線電訊號大約耗時16.13個小時。(以一個例子作比較,距太陽最近的恆星,半人馬座比鄰星距離地球大約4.2光年,也就是26萬5千個天文單位)旅行者1號相對速度是17.062千米/秒或61,452千米/每小時(約38,185哩/每小時)。這樣的速度大約是每年3.599個天文單位,比姊妹號旅行者2號快了10%。旅行者1號並沒有朝向任何特定的星座前進,在這樣的方位和速度下,4萬年後它會在1.6光年的距離經過蛇夫座的AC+793888恆星,7萬3千6百年的時間經過半人馬座比鄰星。這個恆星大體上來講正以每秒119千米的速度朝向太陽系移動。美國宇航局每天持續用深空網絡對旅行者1號做追蹤,這個網絡會以旅行者1號的無線電訊號來測量高度方位角,並且也會測量地球與旅行者1號之間的距離。
旅行者1號搭載的金盤 旅行者1號搭載的金盤
在2006年3月31日,來自德國AMSAT(業餘無線電衞星通訊組織)追蹤並接收到來自旅行者1號的數據,他們於波鴻使用了一台20米的碟型天線配合長觀測時間技術。其後那些數據與深空網絡位於西班牙馬德里觀測站獲取的數據進行了校對及驗證。
2012年6月17日,位於美國加利福尼亞州美國航天局(NASA)噴氣推進實驗室發佈聲明稱,1977年發射的“旅行者1號”探測器發回的數據顯示,它已抵達太陽系邊緣。這個在太空中孤獨旅行35年的探測器將有望成為首個脱離太陽系的人造物體。如果除去消息傳播的時間,那麼旅行者1號到達太陽系邊緣的時間為2012年5月。
航天局表示,過去3年中,“旅行者1號”上攜帶的兩個高能望遠鏡接收到越來越多的宇宙射線,上個月,來自太陽系外的宇宙射線數量急劇增加。此外,探測器感測到的高能粒子數量也出現變化,這些源自太陽的粒子數量有所下降。基於這些數據,項目科學家得出結論:“人類向星際空間派出的首個使者已在太陽系邊緣”。
“旅行者1號”越接近太陽風的邊緣,穿透探測器上的過濾裝置的宇宙粒子就越多。2012年5月7日,這種現象突然加劇。到7月初穩定下來,這隻能解釋為‘旅行者’1號正在穿過太陽系和星際物質的交界。理論上認為這裏是一個狹窄的不穩定區域,被稱為‘太陽層頂’。而這個探測器飛出太陽系的時刻令人激動,因為這是人造物體首次脱離太陽系。
如果美國航天局的測量工具證實“旅行者”1號飛出太陽系,人類將能最終得知太陽系的確切體積。知道它的厚度大約為0.5個天文單位(1個天文單位是地球至太陽的平均距離,約為1.5億千米),距離太陽120個天文單位。

旅行者1號探測器飛離太陽系

  • 飛離存疑
有報道稱旅行者1號已完全飛出太陽系,但專家稱旅行者1號飛出太陽系系誤讀,翻譯有誤。
報道説“旅行者1號”探測器已經離開太陽系,到達太陽系外各恆星之間空曠的恆星際空間超過一年時間,成為第一個離開太陽系的人造探測器。北京天文館館長朱進的第一反應就是不可能:飛出太陽系外肯定是翻譯的問題,翻譯得不太對。它應該離出太陽系還早着呢,要至少3萬年才能飛出去。
在美國宇航局網站,關於旅行者號的報道通篇下來,並沒有看到飛出太陽系的原話,NASA的確説這是歷史性的航程,但飛進的是星際空間。
朱進説,其實有關旅行者號飛出太陽系的傳聞已經不是第一次出現了,之前國內外媒體都有過這樣的誤讀。
雖然人類在有生之年都等不到旅行者飛出太陽系,但是這不代表它的旅行沒有意義雖然浩瀚的宇宙使人類地球上發生的事情都像是茶杯裏的風波,但是這蝸牛般的探索代表着人類無限的求索,
中國空間技術研究院研究員龐之浩美國航空航天局的標準是三條,但是天文界有自己的標準,得看是按照什麼標準來算。航天局的標準一個是太陽的照能粒子大大減少了所飛的區域,第二條標準是太陽系外的低能宇宙射線大大增加,第三個是磁場發生了明顯的變化,它按照這個標準來算是可以飛出太陽系的。但是如果你按照有些天文界的説法那就飛不出去了。 [7] 
作為闖入星際空間的人造航天器,NASA的“旅行者1號”(Voyager 1)探測器已經經歷了3場激波的洗禮。先前經歷過的那場激波,幫助科學家確定了“旅行者1號”已經進入星際空間。而最近經歷的這場激波,始於2014年2月,似乎仍在持續。 [8] 
旅行者1號探測器 旅行者1號探測器
按照最新的觀測結果,“旅行者”1號從2021年年初開始經歷的這場“海嘯波”,至今仍在向外傳播。這是科學家在星際空間觀測到的最為持久的激波。 [8] 
美國艾奧瓦大學的物理學教授唐·格尼特(Don Gurnett)説:“大多數人以前認為,星際介質應該是均勻而又寧靜的。但這些激波看起來似乎比人類先前認為的要更加常見。”在12月15日 [8] 舊金山召開的美國地球物理學會年會上,格尼特介紹了最新的觀測數據
這樣的“海嘯波”之所以會發生,是因為太陽會爆發日冕物質拋射,將帶有磁場的一大團等離子體雲從太陽表面拋射出來。這個過程會產生一個壓力波。當這個壓力波撞上星際空間中的等離子體時,就會產生一個激波,擾亂星際介質。
“旅行者”任務項目科學家、加州理工學院的埃德·斯通(Ed Stone)説:“這樣一場‘海嘯’會導致那裏的電離氣體發生振盪,就像一口鐘那樣振動起來,翁翁作響。”
這是“旅行者1號”經歷的第3場激波。 [8]  第一場激波發生在2012年10月到11月,第二場發生在2013年4月到5月,揭示出星際空間中的等離子體密度越來越高。最近這場激波,則是“旅行者1號”在今年2月觀測到的,截至11月的數據表明,這場激波仍在持續。在此期間,“旅行者1號”已經向外飛行了4億千米。
NASA戈達德航天中心的退休天體物理學家倫納德·布拉格(Leonard Burlaga)説:“這一驚人的事件提出了新的問題,將激勵科學家對星際介質中激波的本質展開新的研究。 [8]  ”布拉格對“旅行者1號”發回的磁場數據進行了分析,這是得出這些結構的關鍵所在。
科學家還不清楚,這場“海嘯波”持續時間如此曠日持久到底意味着什麼。他們也不清楚這個波正以多快的速度移動,不清楚它覆蓋了多大的一片區域。 [8] 
“旅行者1號”2013年經歷的第二場“海嘯波”,幫助科學家最終判定這個探測器離開了日球層heliosphere)。 [8]  所謂“日球層”,是指太陽風吹出來的大氣泡,包圍在太陽周圍,也包裹住了太陽系裏的所有行星。當時,“旅行者1號”更加頻繁地穿越了由更緻密的等離子體構成的“環帶”,物質密度經先前測量的數值高出40倍。正是這些數據讓科學家最終得出結論,“旅行者1號”已經進入了此前沒有任何航天器闖入過的全新領域——星際空間。
“‘旅行者1號’飛得越遠,等離子體的密度就越高,”斯通説,“這是因為星際介質本身就變得越來越緻密,還是受到了這個激波的影響?人類現在還不知道。”
作為“旅行者1號”上等離子波探測設備的首席研究員,格尼特預計這樣的激波會傳播到太空中很遠的地方,甚至可能比“旅行者1號”現在到太陽的距離還要再遠上1倍。 [8] 
“旅行者1號”和“旅行者2號”,都是在1977年被髮射上天的。兩個探測器都飛掠了木星和土星。“旅行者2號”還飛掠了天王星和海王星。比“旅行者1號”早發射16天的“旅行者2號”,是目前持續運行時間最長的航天器,預計也將在未來幾年內進入星際空間。 [8] 
2015年,的磁感應系統傳回了許多異常的信號,相關科學家解釋:飛船正通過某種介質進行着磁場的轉變,並且,這種變化是十分鮮明的。這或許意味着正在或已經脱離了太陽系,進入到了宇宙空間當中。 [9] 
除此之外,目前還有一項證據表明了已經脱離了太陽系。就是其所捕捉到的射線的轉變,由ACR射線轉變為GCR射線,而這種射線通常是來自於太陽系以外的地方的。 [9] 
據悉,的速度為17.043千米/秒,按照之前的計算,它應該在2012年8月的時候脱離太陽系進入宇宙空間,而出於某些未知的原因,在此之前它仍然處在太陽的磁場範圍內,但也已經處在了非常邊緣的位置了。上面所攜帶的兩枚核電池將支持它持續工作到2025年,在那之後,或許人類將失去對它的聯繫。而它也將像一個漂流瓶一樣,向着宇宙深處孤獨的走下去,直到被“另一個人”所撿起。 [9]  [21]  [23] 
  • 星際穿越
美國國家航空航天局(NASA)1977年發射的“旅行者1號”探測器探測到因星際空間少量氣體持續振動產生的微弱而單調的嗡嗡聲。 [19] 
旅行者1號探測器空間探測

旅行者1號探測器探索成就

由於旅行者1號探測項目所獲得的全部成果太多,根本無法一一贅述,以下僅整理列出來自旅行者1號飛船的部分主要科學成果:
  1. 發現海王星和天王星磁場,並確認其都具有極大的傾角,偏離行星體自轉軸,這一點與太陽系其它大行星迥然不同,原因尚不明;
  2. 兩艘旅行者號飛船一共新發現了22顆行星衞星,其中包括3顆木星衞星,3顆土星衞星,10顆天王星衞星,以及6顆海王星衞星。
  3. 發現木衞一表面存在活火山活動,這是迄今所知除了地球之外唯一被確認仍然存在活火山活動的太陽系天體;在海衞一表面發現活躍的噴泉結構以及稀薄的大氣;
  4. 發現木星,土星和海王星存在極光現象
  5. 發現木星光環;發現土星光環內B環上存在輻條結構,F環存在辮狀結構。在天王星和海王星光環結構內發現兩條新的環帶,此前則一直被認為僅僅是不完整的光環弧段,但旅行者飛船的抵近觀察顯示其為完整的,儘管其組成成分顆粒非常微小。
  6. 一直以來科學家都認為海王星的温度過低,不可能存在大氣湍動現象,然而旅行者號飛船在海王星上卻觀察到超大規模的強勁颶風系統(即所謂“大黑斑”)。 [22] 
2022年1月20日,“旅行者1號”探測器運行至距地232.98億千米處,這一距離大約是地日距離的156倍。創下了最遙遠的人造物體吉尼斯世界紀錄。 [15] 

旅行者1號探測器創造榮譽

旅行者1號探測器是第一個穿越太陽風層的航天器,太陽風層是太陽系以外的影響力強於太陽的邊界。
旅行者1號探測器是第一個進入星際空間的人造物體。
旅行者1號探測器在木星周圍發現了一個細環,並發現了兩個新的木星衞星:狄貝(Thebe)和梅蒂斯(Metis),分別被編號為木衞十四和木衞十六。
旅行者1號探測器在土星周圍發現了五個新衞星和一個新環,其中新環編號為G(G-ring)。 [24] 

旅行者1號探測器總體評價

美國艾奧瓦大學教授唐·加奈特(Don Gurnett)是PWS設備首席科學家,他表示:“這的確是一項非同尋常的事件,令人影響深刻——這是人類首顆飛出太陽系的物體。”
英國皇家天文學家馬丁·里斯爵士(Sir Martin Ree)表示:“實在讓人感到不可思議,這個人類利用70年代的技術製造的脆弱物體,竟然能夠抵達如此遙遠的空間。 [1] 
旅行者1號是NASA於1977年9月5日發射的一艘無人外太陽系空間探測器,正在加速駛向太陽系的外邊緣,遠遠超出了冥王星的軌道。它曾到訪過木星及土星,是第一艘提供其高解像清晰照片的航天器,同時也是距離地球最遠的人造衞星。 [18] 新浪網、中國科學技術館 評
旅行者1號探測器 旅行者1號探測器
參考資料
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