Question

旅行者1号探测器的飞行履历

Answer 1

旅行者1号最初计划属于水手计划里的水手11号太空船，它的设计利用了属于当时的新技术引力加速。幸运的是，这次任务刚巧碰上了176年一遇的行星几何排列。太空船只需要少量燃料以作航道修正，其余时间可以借助各个行星的引力加速，以一艘太空船就能造访太阳系里的四颗气体行星：木星、土星、天王星及海王星。两艘姊妹船旅行者1号及2号就是为了这次机会而设计，它们的发射时间是被计算过以便尽量充分利用这次机会。亦拜这次机会所赐，两艘太空船只需要用上12年的时间就能造访四个行星，而非一般的30年时间。
旅行者1号在1977年9月5日于佛罗里达州的卡纳维尔角，被搭载在一枚泰坦3号E半人马座火箭上发射升空。刚好于旅行者2号在同年8月20日的发射之后不久。虽然发射时间较2号为后，但它却被发射进较快的轨道之中，让它又比2号快一点到达木星及土星。最初，因为在泰坦3号E火箭燃烧过程的第二阶段里出现了约一秒钟的燃烧不足，使地面的工作人员曾担心会使太空船因此而不能到达木星。后来幸好证实了在半人马座的上层仍有足够的燃炓燃烧。 旅行者1号发射后，首次在1979年1月开始对木星进行拍摄。在同年的3月5日离木星最接近，只距离木星中心349,000公里。由于在如此近距离略过，太空船在48小时的近距离飞行时间中，得以对木星的卫星、环、磁场以及辐射环境作深入了解及高解像度拍摄。整个拍摄过程最终于四月完成。
两艘太空船对木星及其卫星作出了不少重要发现，最令人惊讶的是在木卫一上发现了火山活动。这是当时并没有在地球上观察得到，就连先驱者10号及11号也未有观察得到。
在顺利地借助了木星的引力后，太空船朝土星的方向进发。旅行者1号于1980年11月掠过土星，11月12日最接近土星，距离土星最高云层124,000公里（77,000英里）以内。
在离开土星后，旅行者1号被美国太空总署形容为进行星际探索任务。估计两艘旅行者太空船上的电池，均能够提供足够电力至2025年，供船上一部份的仪器操作。（注：下表中的“停止资料终端就绪运作”表明只能以70米/34米天线阵来接收每秒1.4位元的资料） 喷气推进实验室的科学们正使用载于船上的等离子体波实验来验证日球层顶的存在。

喷气推进实验室收到来自旅行者1号探测器的汇报：探测器上的低能带电粒子仪数据表明，由太阳发射的低能带电粒子流抵达旅行者1号所处的位置时，其速度已经降为零。而在2011年2月，太阳风的已经开始出现停滞。2013年9月12日，美国宇航局官方证实旅行者1号探测器已经成功飞出太阳系，进入星际空间。进入星际空间，“旅行者”1号将需要4万年的时间才能抵达下一个行星系。因此，正如已故美国天文学家、科普作家卡尔·爱德华·萨根所说，只有在星际空间中存在有能力进行太空旅行的高级生命时，探测器上的唱片才可能遇到目标并被播放。但卡尔还是高度评价这一举动的意义，他说：“向浩瀚的宇宙中发射这个东西，表明这个行星（地球）上的生命的未来还是很有希望的。”
在这个过程中，卡西尼探测器的离子与中性粒子质谱仪发挥了很大的作用，该粒子质谱仪的数据从来未被公开过，其主要作用就是收集来自太阳系以外进入太阳系的中性粒子的数据。马里兰州约翰霍普金斯大学应用物理实验室正是对卡西尼探测器磁层分析仪以及离子与中性粒子质谱仪的数据分析，并结合旅行者1号低能带电粒子探测仪关于太阳系边缘带电粒子的分布情况而得出结论。这是一次地球与处于太阳系边界的信息交流，也是第一次发现旅行者1号提前抵达过渡区。在2011年11月7日，旅行者1号的位置在赤经17.184时、赤纬12.14°之处，并且是在黄道34.9°纬度位置， 从地球上观测来看它是朝向蛇夫座前进，距离地球大约119.488个天文单位。以光速沟通于航天器和地球之间的无线电讯号大约耗时16.13个小时。（以一个例子作比较，距太阳最近的恒星，半人马座比邻星距离地球大约4.2光年，也就是26万5千个天文单位）旅行者1号相对速度是17.062公里/秒或61,452公里/每小时（约38,185哩/每小时）。这样的速度大约是每年3.599个天文单位，比姊妹号旅行者2号快了10%。。旅行者1号并没有朝向任何特定的星座前进，在这样的方位和速度下，4万年后它会在1.6光年的距离经过蛇夫座的AC+79 3888恒星，7万3千6百年的时间经过半人马座比邻星。这个恒星大体上来讲正以每秒119公里的速度朝向太阳系移动。美国宇航局每天持续用深空网络对旅行者1号做追踪，这个网络会以旅行者1号的无线电讯号来测量高度和方位角，并且也会测量地球与旅行者1号之间的距离。
在2006年3月31日，来自德国AMSAT（业余无线电卫星通讯组织）追踪并接收到来自旅行者1号的数据，他们于波鸿使用了一台20米的碟型天线配合长观测时间技术。其后那些数据与深空网络位于西班牙马德里的观测站获取的数据进行了校对及验证。
2012年6月17日，位于美国加利福尼亚州的美国航天局（NASA）喷气推进实验室发布声明称，1977年发射的“旅行者1号”探测器发回的数据显示，它已抵达太阳系边缘。这个在太空中孤独旅行35年的探测器将有望成为首个脱离太阳系的人造物体。如果除去消息传播的时间，那么旅行者1号到达太阳系边缘的时间为2012年5月。
航天局表示，过去3年中，“旅行者1号”上携带的两个高能望远镜接收到越来越多的宇宙射线，上个月，来自太阳系外的宇宙射线数量急剧增加。此外，探测器感测到的高能粒子数量也出现变化，这些源自太阳的粒子数量有所下降。基于这些数据，项目科学家得出结论：“人类向星际空间派出的首个使者已在太阳系边缘”。
“旅行者1号”越接近太阳风的边缘，穿透探测器上的过滤装置的宇宙粒子就越多。 2012年5月7日，这种现象突然加剧。到7月初稳定下来，这只能解释为‘旅行者’1号正在穿过太阳系和星际物质的交界。理论上认为这里是一个狭窄的不稳定区域，被称为‘太阳层顶’。而这个探测器飞出太阳系的时刻令人激动，因为这是人造物体首次脱离太阳系。
如果美国航天局的测量工具证实“旅行者”1号飞出太阳系，我们将能最终得知太阳系的确切体积。知道它的厚度大约为0.5个天文单位(1个天文单位是地球至太阳的平均距离，约为1.5亿公里)，距离太阳120个天文单位。 有报道称旅行者1号已完全飞出太阳系，但专家称旅行者1号飞出太阳系系误读，翻译有误
报道说“旅行者1号”探测器已经离开太阳系，到达太阳系外各恒星之间空旷的恒星际空间超过一年时间，成为第一个离开太阳系的人造探测器。北京天文馆馆长朱进的第一反应就是不可能：飞出太阳系外肯定是翻译的问题，翻译得不太对。它应该离出太阳系还早着呢，要至少3万年才能飞出去。
在美国宇航局网站，关于旅行者号的报道通篇下来，并没有看到飞出太阳系的原话，NASA的确说这是历史性的航程，但飞进的是星际空间。
朱进说，其实有关旅行者号飞出太阳系的传闻已经不是第一次出现了，之前国内外媒体都有过这样的误读。
虽然我们在有生之年都等不到旅行者飞出太阳系，但是这不代表它的旅行没有意义虽然浩瀚的宇宙使我们地球上发生的事情都像是茶杯里的风波，但是这蜗牛般的探索代表着人类无限的求索,
中国空间技术研究院研究员庞之浩：美国航空航天局的标准是三条，但是天文界有自己的标准，得看是按照什么标准来算。航天局的标准一个是太阳的照能粒子大大减少了所飞的区域，第二条标准是太阳系外的低能宇宙射线大大增加，第三个是磁场发生了明显的变化，它按照这个标准来算是可以飞出太阳系的。但是如果你按照有些天文界的说法那就飞不出去了。 作为迄今为止唯一闯入星际空间的人造航天器，NASA的“旅行者1号”（Voyager 1）探测器已经经历了3场激波的洗礼。先前经历过的那场激波，帮助科学家确定了“旅行者1号”已经进入星际空间。而最近经历的这场激波，始于2014年2月，至今似乎仍在持续。

按照最新的观测结果，“旅行者”1号从今年年初开始经历的这场“海啸波”，至今仍在向外传播。这是科学家在星际空间观测到的最为持久的激波。
美国艾奥瓦大学的物理学教授唐·格尼特（Don Gurnett）说：“大多数人以前认为，星际介质应该是均匀而又宁静的。但这些激波看起来似乎比我们先前认为的要更加常见。”在12月15日 于旧金山召开的美国地球物理学会年会上，格尼特介绍了最新的观测数据。
这样的“海啸波”之所以会发生，是因为太阳会爆发日冕物质抛射，将带有磁场的一大团等离子体云从太阳表面抛射出来。这个过程会产生一个压力波。当这个压力波撞上星际空间中的等离子体时，就会产生一个激波，扰乱星际介质。
“旅行者”任务项目科学家、加州理工学院的埃德·斯通（Ed Stone）说：“这样一场‘海啸’会导致那里的电离气体发生振荡，就像一口钟那样振动起来，翁翁作响。”
这是“旅行者1号”经历的第3场激波。 第一场激波发生在2012年10月到11月，第二场发生在2013年4月到5月，揭示出星际空间中的等离子体密度越来越高。最近这场激波，则是“旅行者1号”在今年2月观测到的，截至11月的数据表明，这场激波仍在持续。在此期间，“旅行者1号”已经向外飞行了4亿千米。
NASA戈达德航天中心的退休天体物理学家伦纳德·布拉格（Leonard Burlaga）说：“这一惊人的事件提出了新的问题，将激励科学家对星际介质中激波的本质展开新的研究。 ”布拉格对“旅行者1号”发回的磁场数据进行了分析，这是得出这些结构的关键所在。
科学家还不清楚，这场“海啸波”持续时间如此旷日持久到底意味着什么。他们也不清楚这个波正以多快的速度移动，不清楚它覆盖了多大的一片区域。
“旅行者1号”2013年经历的第二场“海啸波”，帮助科学家最终判定这个探测器离开了日球层（heliosphere）。 所谓“日球层”，是指太阳风吹出来的大气泡，包围在太阳周围，也包裹住了太阳系里的所有行星。当时，“旅行者1号”更加频繁地穿越了由更致密的等离子体构成的“环带”，物质密度经先前测量的数值高出40倍。正是这些数据让科学家最终得出结论，“旅行者1号”已经进入了此前没有任何航天器闯入过的全新领域——星际空间。
“‘旅行者1号’飞得越远，等离子体的密度就越高，”斯通说，“这是因为星际介质本身就变得越来越致密，还是受到了这个激波的影响？我们现在还不知道。”
作为“旅行者1号”上等离子波探测设备的首席研究员，格尼特预计这样的激波会传播到太空中很远的地方，甚至可能比“旅行者1号”现在到太阳的距离还要再远上1倍。
“旅行者1号”和“旅行者2号”，都是在1977年被发射上天的。两个探测器都飞掠了木星和土星。“旅行者2号”还飞掠了天王星和海王星。比“旅行者1号”早发射16天的“旅行者2号”，是目前持续运行时间最长的航天器，预计也将在未来几年内进入星际空间。 2015年，旅行者一号的磁感应系统传回了许多异常的信号，相关科学家解释道：目前旅行者一号飞船正通过某种介质进行着磁场的转变，并且，这种变化是十分鲜明的。这或许意味着旅行者一号正在或已经脱离了太阳系，进入到了宇宙空间当中！
除此之外，目前还有一项证据表明了旅行者一号已经脱离了太阳系。就是其所捕捉到的射线的转变，由ACR 射线转变为GCR 射线，而这种射线通常是来自于太阳系以外的地方的。
据悉，旅行者一号的速度为17.043 公里/秒，按照之前的计算，它应该在2012年8月的时候脱离太阳系进入宇宙空间，而出于某些未知的原因， 在此之前它仍然处在太阳的磁场范围内，但也已经处在了非常边缘的位置了。旅行者一号上面所携带的两枚核电池将支持它持续工作到2025年，在那之后，或许人类将失去对它的联系。而它也将向一个漂流瓶一样，向着宇宙深处孤独的走下去，直到被另一个人所捡起。