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“旅行者1号”:携手四大探测器飞出太阳系
2019/6/3 2:16:59  来源:  

  “旅行者1号”:下一站小熊座

  “旅行者1号”是美国国家航空航天局(NASA)迄今飞得最快、最远的探测器。它到底能不能飞出太阳系,是人们关心的问题。

  近日,NASA官网发布消息称,美国时间11月28日,科学家成功启用了“旅行者1号”上一组休眠多时的航迹修正推进器,帮助调整探测器姿态。此举将使“旅行者1号”的服役时间延长两至三年。这会让“旅行者1号”离飞出太阳系的目标更近一步吗?

  刚刚进入星际空间

  1977年发射升空后,“旅行者1号”一直在向太空深处进发。在过去的40年里,“旅行者1号”已经飞行210亿公里,折合地球与太阳距离的140倍。

  如果以太阳系八大行星的轨道为边界,“旅行者1号”早已飞出了太阳系。也有科学家提出,以太阳风粒子发挥作用的最后区域作为太阳系边界。测量这一边界在哪里,正是“旅行者1号”的使命之一。在经过反复测量和模型推演后,NASA于2013年9月宣布“旅行者1号”探测到太阳风粒子浓度急剧下降,探测器进入了星际空间。

  但对于天文学家来说,更广为接受的太阳系范围是太阳的引力范围。以此为标准,“旅行者1号”只不过度量了太阳系微小的一部分。天文学家一般认为遥远的奥尔特云是太阳引力发挥作用的最后区域。按照目前的飞行速度,飞出太阳系这个目标,至少需要三万年才能实现。

  能源系统寿命有限

  那么我们能看到“旅行者1号”飞出太阳系的那个时刻吗?很遗憾,这个愿望永远无法实现。

  航天专家庞之浩介绍说,科学家会根据探测目标位置,为探测器选取驱动能源。“一般探测目标位于火星轨道以内的探测器采用太阳能作为能源,因为在这些区域光照充足;探测目标位于火星以外的探测器采用核能作为能源。”

  “旅行者1号”最初的探测目标是木星,因此采用的是核能驱动。庞之浩介绍说,探测器完成加速后,按既定轨道飞行阶段需要的能量很少,能量主要用于调整飞行器姿态及与地球通讯。“比如在与地球通讯时,要调整探测器天线对准地球。”

  但尽管如此,“旅行者1号”的放射性同位素热电发生器也只能支撑几十年时间。庞之浩说,“旅行者1号”将于2020年关闭磁场和粒子探测设备,只留下紫外线探测设备继续工作。“2025年后,我们将无法收到‘旅行者1号’发回的科学数据,工程数据的传回还能持续几年。”即使新启动的推进器能将其服役期延长两三年,但也只是数万年飞行时间的一个零头。与地球失联后,人类将无从得知“旅行者1号”的行踪。

  能不能携带更多燃料,让探测器在更长时间里与地球保持联系?“每个探测任务的预算都是有限的,携带更多燃料势必会占用任务预算。”庞之浩表示,即使是按照目前的技术水平,带上足够探测器飞行3万年的燃料,依然是件不可思议的事情。

  “太阳系外层空间的天体比较稀疏,‘旅行者1号’遇上其它天体并展开探测的可能微乎其微,不太可能发回太多有科学价值的数据,因此提高预算、携带更多燃料也不太经济。除非未来出现了别开生面的颠覆性新技术。”庞之浩说。

  携手四大探测器飞出太阳系

  与地球失去联系,并不意味着“旅行者1号”旅途的终结。

  北京师范大学天文学系副教授高健介绍说,完成探测任务的探测器有多种归宿:留在所登陆的行星上,比如“好奇号”;自我毁灭,比如“卡西尼号”;在太空中继续飞行,比如“先驱者10号”。

  “旅行者1号”的选择和“先驱者10号”一样。在耗尽所有燃料后,“旅行者1号”会在惯性的作用下,沿着最后的轨道方向继续飞行,除非遇上质量足以让它改变轨道的天体,或者撞上其他天体被摧毁。“但这种可能不大。”高健说。

  “旅行者1号”的旅途也并非毫无阻碍。星际空间并非绝对真空,探测器随时会遇到星际介质粒子。高健说,在与这些粒子的碰撞中,探测器的速度会非常缓慢地降低。此外,太阳引力的微小束缚也会让它的速度逐渐慢下来。

  按照牛顿力学定理,达到第三宇宙速度的物体,将能摆脱太阳引力的束缚,飞出太阳系。1980年,“旅行者1号”对土星系统进行了探测,并利用土星引力弹弓进行了加速。当年11月20日结束这次探测后,其速度已经超过第三宇宙速度。也就是说,在与地球失联后,“旅行者1号”仍将头也不回地向太阳系外飞去。和它抱有同样目标的,还有旅行者2号、先驱者10号等其它四个探测器。

  “旅行者1号”在太阳系外层空间的速度变化,也许能提供这片区域物质分布的线索。中科院国家天文台研究员平劲松说,上世纪90年代,数据监测显示“旅行者1号”出现异常加速现象。科学家猜测是否存在未知天体吸引探测器,虽然最终从仪器校准角度找到了答案。“目前该探测器已经进入了太阳系的空旷空间,科学家很感兴趣会不会出现类似情况,以及该如何解释这类情况。”平劲松表示,我国科学家计划接收“旅行者1号”传回的卫星无线电波载波信号,分析和监测探测器的速度、加速度变化。“谁也不知道会发生什么,毕竟‘旅行者1号’已经进入了人类探测的空白区。”

  目前,“旅行者1号”正以每年5亿公里的速度飞离太阳系。据估计,公元40272年,它将飞抵小熊座的一颗恒星附近。而它飞行的每一天,都在创造人类探测器的新纪录。
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