“旅行者1號(hào)”：下一站小熊座
天聞?lì)l道
“旅行者1號(hào)”是美國(guó)國(guó)家航空航天局（NASA）迄今飛得最快、最遠(yuǎn)的探測(cè)器。它到底能不能飛出太陽(yáng)系，是人們關(guān)心的問(wèn)題。
近日，NASA官網(wǎng)發(fā)布消息稱，美國(guó)時(shí)間11月28日，科學(xué)家成功啟用了“旅行者1號(hào)”上一組休眠多時(shí)的航跡修正推進(jìn)器，幫助調(diào)整探測(cè)器姿態(tài)。此舉將使“旅行者1號(hào)”的服役時(shí)間延長(zhǎng)兩至三年。這會(huì)讓“旅行者1號(hào)”離飛出太陽(yáng)系的目標(biāo)更近一步嗎？
剛剛進(jìn)入星際空間
1977年發(fā)射升空后，“旅行者1號(hào)”一直在向太空深處進(jìn)發(fā)。在過(guò)去的40年里，“旅行者1號(hào)”已經(jīng)飛行210億公里，折合地球與太陽(yáng)距離的140倍。
如果以太陽(yáng)系八大行星的軌道為邊界，“旅行者1號(hào)”早已飛出了太陽(yáng)系。也有科學(xué)家提出，以太陽(yáng)風(fēng)粒子發(fā)揮作用的最后區(qū)域作為太陽(yáng)系邊界。測(cè)量這一邊界在哪里，正是“旅行者1號(hào)”的使命之一。在經(jīng)過(guò)反復(fù)測(cè)量和模型推演后，NASA于2013年9月宣布“旅行者1號(hào)”探測(cè)到太陽(yáng)風(fēng)粒子濃度急劇下降，探測(cè)器進(jìn)入了星際空間。
但對(duì)于天文學(xué)家來(lái)說(shuō)，更廣為接受的太陽(yáng)系范圍是太陽(yáng)的引力范圍。以此為標(biāo)準(zhǔn)，“旅行者1號(hào)”只不過(guò)度量了太陽(yáng)系微小的一部分。天文學(xué)家一般認(rèn)為遙遠(yuǎn)的奧爾特云是太陽(yáng)引力發(fā)揮作用的最后區(qū)域。按照目前的飛行速度，飛出太陽(yáng)系這個(gè)目標(biāo)，至少需要三萬(wàn)年才能實(shí)現(xiàn)。
能源系統(tǒng)壽命有限
那么我們能看到“旅行者1號(hào)”飛出太陽(yáng)系的那個(gè)時(shí)刻嗎？很遺憾，這個(gè)愿望永遠(yuǎn)無(wú)法實(shí)現(xiàn)。
航天專家龐之浩介紹說(shuō)，科學(xué)家會(huì)根據(jù)探測(cè)目標(biāo)位置，為探測(cè)器選取驅(qū)動(dòng)能源?！耙话闾綔y(cè)目標(biāo)位于火星軌道以內(nèi)的探測(cè)器采用太陽(yáng)能作為能源，因?yàn)樵谶@些區(qū)域光照充足；探測(cè)目標(biāo)位于火星以外的探測(cè)器采用核能作為能源?！?/p>
“旅行者1號(hào)”最初的探測(cè)目標(biāo)是木星，因此采用的是核能驅(qū)動(dòng)。龐之浩介紹說(shuō)，探測(cè)器完成加速后，按既定軌道飛行階段需要的能量很少，能量主要用于調(diào)整飛行器姿態(tài)及與地球通訊?！氨热缭谂c地球通訊時(shí)，要調(diào)整探測(cè)器天線對(duì)準(zhǔn)地球?！?/p>
但盡管如此，“旅行者1號(hào)”的放射性同位素?zé)犭姲l(fā)生器也只能支撐幾十年時(shí)間。龐之浩說(shuō)，“旅行者1號(hào)”將于2020年關(guān)閉磁場(chǎng)和粒子探測(cè)設(shè)備，只留下紫外線探測(cè)設(shè)備繼續(xù)工作?！?025年后，我們將無(wú)法收到‘旅行者1號(hào)’發(fā)回的科學(xué)數(shù)據(jù)，工程數(shù)據(jù)的傳回還能持續(xù)幾年?！奔词剐聠?dòng)的推進(jìn)器能將其服役期延長(zhǎng)兩三年，但也只是數(shù)萬(wàn)年飛行時(shí)間的一個(gè)零頭。與地球失聯(lián)后，人類將無(wú)從得知“旅行者1號(hào)”的行蹤。
能不能攜帶更多燃料，讓探測(cè)器在更長(zhǎng)時(shí)間里與地球保持聯(lián)系？“每個(gè)探測(cè)任務(wù)的預(yù)算都是有限的，攜帶更多燃料勢(shì)必會(huì)占用任務(wù)預(yù)算?！饼嬛票硎?，即使是按照目前的技術(shù)水平，帶上足夠探測(cè)器飛行3萬(wàn)年的燃料，依然是件不可思議的事情。
“太陽(yáng)系外層空間的天體比較稀疏，‘旅行者1號(hào)’遇上其它天體并展開(kāi)探測(cè)的可能微乎其微，不太可能發(fā)回太多有科學(xué)價(jià)值的數(shù)據(jù)，因此提高預(yù)算、攜帶更多燃料也不太經(jīng)濟(jì)。除非未來(lái)出現(xiàn)了別開(kāi)生面的顛覆性新技術(shù)?！饼嬛普f(shuō)。
攜手四大探測(cè)器飛出太陽(yáng)系
與地球失去聯(lián)系，并不意味著“旅行者1號(hào)”旅途的終結(jié)。
北京師范大學(xué)天文學(xué)系副教授高健介紹說(shuō)，完成探測(cè)任務(wù)的探測(cè)器有多種歸宿：留在所登陸的行星上，比如“好奇號(hào)”；自我毀滅，比如“卡西尼號(hào)”；在太空中繼續(xù)飛行，比如“先驅(qū)者10號(hào)”。
“旅行者1號(hào)”的選擇和“先驅(qū)者10號(hào)”一樣。在耗盡所有燃料后，“旅行者1號(hào)”會(huì)在慣性的作用下，沿著最后的軌道方向繼續(xù)飛行，除非遇上質(zhì)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?！备呓≌f(shuō)。
“旅行者1號(hào)”的旅途也并非毫無(wú)阻礙。星際空間并非絕對(duì)真空，探測(cè)器隨時(shí)會(huì)遇到星際介質(zhì)粒子。高健說(shuō)，在與這些粒子的碰撞中，探測(cè)器的速度會(huì)非常緩慢地降低。此外，太陽(yáng)引力的微小束縛也會(huì)讓它的速度逐漸慢下來(lái)。
按照牛頓力學(xué)定理，達(dá)到第三宇宙速度的物體，將能擺脫太陽(yáng)引力的束縛，飛出太陽(yáng)系。1980年，“旅行者1號(hào)”對(duì)土星系統(tǒng)進(jìn)行了探測(cè)，并利用土星引力彈弓進(jìn)行了加速。當(dāng)年11月20日結(jié)束這次探測(cè)后，其速度已經(jīng)超過(guò)第三宇宙速度。也就是說(shuō)，在與地球失聯(lián)后，“旅行者1號(hào)”仍將頭也不回地向太陽(yáng)系外飛去。和它抱有同樣目標(biāo)的，還有旅行者2號(hào)、先驅(qū)者10號(hào)等其它四個(gè)探測(cè)器。
“旅行者1號(hào)”在太陽(yáng)系外層空間的速度變化，也許能提供這片區(qū)域物質(zhì)分布的線索。中科院國(guó)家天文臺(tái)研究員平勁松說(shuō)，上世紀(jì)90年代，數(shù)據(jù)監(jiān)測(cè)顯示“旅行者1號(hào)”出現(xiàn)異常加速現(xiàn)象?？茖W(xué)家猜測(cè)是否存在未知天體吸引探測(cè)器，雖然最終從儀器校準(zhǔn)角度找到了答案?！澳壳霸撎綔y(cè)器已經(jīng)進(jìn)入了太陽(yáng)系的空曠空間，科學(xué)家很感興趣會(huì)不會(huì)出現(xiàn)類似情況，以及該如何解釋這類情況。”平勁松表示，我國(guó)科學(xué)家計(jì)劃接收“旅行者1號(hào)”傳回的衛(wèi)星無(wú)線電波載波信號(hào)，分析和監(jiān)測(cè)探測(cè)器的速度、加速度變化。“誰(shuí)也不知道會(huì)發(fā)生什么，畢竟‘旅行者1號(hào)’已經(jīng)進(jìn)入了人類探測(cè)的空白區(qū)?！?/p>
目前，“旅行者1號(hào)”正以每年5億公里的速度飛離太陽(yáng)系。據(jù)估計(jì)，公元40272年，它將飛抵小熊座的一顆恒星附近。而它飛行的每一天，都在創(chuàng)造人類探測(cè)器的新紀(jì)錄。
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