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『旅行者1號』:下一站小熊座
2017-12-15 08:55:31 來源:科技日報  作者:
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極光新聞

  『旅行者1號』是美國國家航空航天局(NASA)迄今飛得最快、最遠的探測器。它到底能不能飛出太陽系,是人們關心的問題。

  近日,NASA官網發布消息稱,美國時間11月28日,科學家成功啟用了『旅行者1號』上一組休眠多時的航跡修正推進器,幫助調整探測器姿態。此舉將使『旅行者1號』的服役時間延長兩至三年。這會讓『旅行者1號』離飛出太陽系的目標更近一步嗎?

  剛剛進入星際空間

  1977年發射昇空後,『旅行者1號』一直在向太空深處進發。在過去的40年裡,『旅行者1號』已經飛行210億公裡,折合地球與太陽距離的140倍。

  如果以太陽系八大行星的軌道為邊界,『旅行者1號』早已飛出了太陽系。也有科學家提出,以太陽風粒子發揮作用的最後區域作為太陽系邊界。測量這一邊界在哪裡,正是『旅行者1號』的使命之一。在經過反復測量和模型推演後,NASA於2013年9月宣布『旅行者1號』探測到太陽風粒子濃度急劇下降,探測器進入了星際空間。

  但對於天文學家來說,更廣為接受的太陽系范圍是太陽的引力范圍。以此為標准,『旅行者1號』只不過度量了太陽系微小的一部分。天文學家一般認為遙遠的奧爾特雲是太陽引力發揮作用的最後區域。按照目前的飛行速度,飛出太陽系這個目標,至少需要三萬年纔能實現。

  能源系統壽命有限

  那麼我們能看到『旅行者1號』飛出太陽系的那個時刻嗎?很遺憾,這個願望永遠無法實現。

  航天專家龐之浩介紹說,科學家會根據探測目標位置,為探測器選取驅動能源。『一般探測目標位於火星軌道以內的探測器采用太陽能作為能源,因為在這些區域光照充足;探測目標位於火星以外的探測器采用核能作為能源。』

  『旅行者1號』最初的探測目標是木星,因此采用的是核能驅動。龐之浩介紹說,探測器完成加速後,按既定軌道飛行階段需要的能量很少,能量主要用於調整飛行器姿態及與地球通訊。『比如在與地球通訊時,要調整探測器天線對准地球。』

  但盡管如此,『旅行者1號』的放射性同位素熱電發生器也只能支橕幾十年時間。龐之浩說,『旅行者1號』將於2020年關閉磁場和粒子探測設備,只留下紫外線探測設備繼續工作。『2025年後,我們將無法收到「旅行者1號」發回的科學數據,工程數據的傳回還能持續幾年。』即使新啟動的推進器能將其服役期延長兩三年,但也只是數萬年飛行時間的一個零頭。與地球失聯後,人類將無從得知『旅行者1號』的行蹤。

  能不能攜帶更多燃料,讓探測器在更長時間裡與地球保持聯系?『每個探測任務的預算都是有限的,攜帶更多燃料勢必會佔用任務預算。』龐之浩表示,即使是按照目前的技術水平,帶上足夠探測器飛行3萬年的燃料,依然是件不可思議的事情。

  『太陽系外層空間的天體比較稀疏,「旅行者1號」遇上其它天體並展開探測的可能微乎其微,不太可能發回太多有科學價值的數據,因此提高預算、攜帶更多燃料也不太經濟。除非未來出現了別開生面的顛覆性新技術。』龐之浩說。

  攜手四大探測器飛出太陽系

  與地球失去聯系,並不意味著『旅行者1號』旅途的終結。

  北京師范大學天文學系副教授高健介紹說,完成探測任務的探測器有多種歸宿:留在所登陸的行星上,比如『好奇號』;自我毀滅,比如『卡西尼號』;在太空中繼續飛行,比如『先驅者10號』。

  『旅行者1號』的選擇和『先驅者10號』一樣。在耗盡所有燃料後,『旅行者1號』會在慣性的作用下,沿著最後的軌道方向繼續飛行,除非遇上質量足以讓它改變軌道的天體,或者撞上其他天體被摧毀。『但這種可能不大。』高健說。

  『旅行者1號』的旅途也並非毫無阻礙。星際空間並非絕對真空,探測器隨時會遇到星際介質粒子。高健說,在與這些粒子的碰撞中,探測器的速度會非常緩慢地降低。此外,太陽引力的微小束縛也會讓它的速度逐漸慢下來。

  按照牛頓力學定理,達到第三宇宙速度的物體,將能擺脫太陽引力的束縛,飛出太陽系。1980年,『旅行者1號』對土星系統進行了探測,並利用土星引力彈弓進行了加速。當年11月20日結束這次探測後,其速度已經超過第三宇宙速度。也就是說,在與地球失聯後,『旅行者1號』仍將頭也不回地向太陽系外飛去。和它抱有同樣目標的,還有旅行者2號、先驅者10號等其它四個探測器。

  『旅行者1號』在太陽系外層空間的速度變化,也許能提供這片區域物質分布的線索。中科院國家天文臺研究員平勁松說,上世紀90年代,數據監測顯示『旅行者1號』出現異常加速現象。科學家猜測是否存在未知天體吸引探測器,雖然最終從儀器校准角度找到了答案。『目前該探測器已經進入了太陽系的空曠空間,科學家很感興趣會不會出現類似情況,以及該如何解釋這類情況。』平勁松表示,我國科學家計劃接收『旅行者1號』傳回的衛星無線電波載波信號,分析和監測探測器的速度、加速度變化。『誰也不知道會發生什麼,畢竟「旅行者1號」已經進入了人類探測的空白區。』

  目前,『旅行者1號』正以每年5億公裡的速度飛離太陽系。據估計,公元40272年,它將飛抵小熊座的一顆恆星附近。而它飛行的每一天,都在創造人類探測器的新紀錄。

責任編輯:王傲
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