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旅行者1号!人类首次星际太空飞行开启,我们的目光不只是太阳系

1977年9月5日,美国国家航空航天局发射了一个名叫“旅行者1号”的航天探测器。旅行者项目的部分任务就是研究外太阳系,美国航空航天局在发射了“旅行者2号”的16天后,紧接着发射了“旅行者1号”。

2020年2月26日,“旅行者1号”在运转了42年5月21天之后,仍旧与深空网络保持着联系,接收着常规指令并将数据传送回地球,美国国家航空航天局和喷气推进实验室为它提供实时测距和速度数据。自2020年2月23日起,“旅行者1号”距离地球148.64个天文单位(222亿千米;138亿英里),这是迄今为止人造物体离地球最远的距离。

旅行者1号!人类首次星际太空飞行开启,我们的目光不只是太阳系

“旅行者1号”的探测目标包括近天体探测飞行,涉及木星、土星以及土星最大的卫星——土卫六。虽然这一航天器的路程可能会稍作调整,即将冥王星纳入探测目标,而放弃对土卫六的飞近探测,但是对土卫六的勘探是优先任务,因为它拥有相当厚密的大气层。“旅行者1号”希望能研究木星和土星的气候、磁场和两个行星的行星环,它还是首个提供木星卫星和土星卫星详实影像的探测器。

旅行者1号!人类首次星际太空飞行开启,我们的目光不只是太阳系

在1980年11月12日完成了首个任务,即对土星的飞近探测任务后,旅行者1号成为5个人造天体中第三个达到离开太阳系的逃逸速度的人造天体。2012年8月25日,旅行者1号成为第一个穿过太阳风顶层并进入星际介质的航天探测器。

在2017年末,为了进一步验证旅行者1号的稳健性,旅行者项目团队成功完成一次航天器轨道修正推进器的测试(这是1980年发射这些推进器以来的第一次),这是一项可以将航天器任务延长至2至3年的计划。

旅行者1号!人类首次星际太空飞行开启,我们的目光不只是太阳系

旅行者1号的延长任务可持续到2025年左右,到那时候,它的放射性热电产生器将不能提供足够的电力去维持它科学仪器的运转。

逃离太阳风层

在1990年2月14日,旅行者1号在外围拍下了太阳系的第一张“全家福”,其中包括行星地球,别称“暗淡蓝点”的图像。在这之后,旅行者1号的摄影机很快失效,不能再保存能源和其它设备的计算机资源。在移除了旅行者1号的摄像机软件后,想让这一程序再次启动会更为艰难,地球端阅览相关图片的电脑和软件也因此失去作用。

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距离地球60亿千米(37亿英里)所拍摄的暗淡蓝点相片显示,在漆黑的外太空中,地球就是一个很小的点(青白色的小颗粒在向右偏斜的光带的中间)。

1998年2月17日,旅行者1号到达距离太阳以外69天文单位的距离,超越“拓荒者10号”成为距离地球最远的航天探测器。与其它探测器相比,旅行者1号以每秒17千米(11英里/秒)的移动速度成为有着最快日心衰退速度的探测器。

旅行者1号!人类首次星际太空飞行开启,我们的目光不只是太阳系

虽然旅行者1号向着星际空间前行,但它的设备仍在研究着太阳系。喷气推进实验室的科学家们在旅行者1号和2号上用等离子体波实验寻找太阳风顶层,即太阳风转化成星际介质的边界。从2013年起,旅行者1号探测器以38026英里每小时(61197千米/小时)的相对速度向太阳移动。如果探测器维持现有的移动速度,旅行者1号每年会移动3.25亿英里(523×106千米),或者大约每18000年1光年的距离。

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对气体巨星近距离飞行带来的引力作用协助了旅行者号们

边界激波

美国约翰霍普金斯大学应用物理实验室的科学家们认为旅行者1号在2003年2月进入了边界激波。在边界激波阶段,太阳风速度会降至亚音速速度。但在2003年11月6日的《自然》杂志上,一些其他的科学家们对上述观点表示怀疑。因为旅行者1号的太阳风探测器早在1990年就停止工作,在没有得到其它可靠数据的情况下,边界激波的问题都不会有答案。太阳风探测器的故障意味着边界激波探测问题要从旅行者1号上的其它设备数据来进行推测。

在2005年5月,美国国家航空航天局在一场新闻发布会上宣称,他们一致认为旅行者1号正在太阳风鞘之中。2005年5月25日在新奥尔良市美国地球物理学会的一场科学会议上,埃德斯通博士呈递了旅行者1号在2004年末穿过边界激波的证据。这一事件大概发生在2004年12月15日,探测器距离太阳94个天文单位距离的时候。

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太阳风鞘

2006年3月31日,德国无线电业余卫星组织的业余无线电技工在波鸿市使用20米宽(66英尺)、有长时间观测技术功能的天线追踪并接收到来自旅行者1号的无线电波。业余爱好者们将该天线获取到的数据与西班牙马德里的深空网络数据进行对照核实,这似乎是首次有业余爱好者对旅行者1号进行追踪。

经低能带电粒子仪测量证实,2010年12月13日旅行者1号穿过太阳风的径向外流范围。科学家们认为,由于星际风对太阳风层的挤压作用,在径向外流范围里的太阳风会侧向一边。自2010年6月以来,对太阳风的监测结果持续显示为零,给这一活动提供了充足的证据。在这一天,旅行者1号距离太阳大约116个天文单位,约等于108亿英里(173亿千米)。

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2011年3月(距离发射日期33年6个月),旅行者1号接收到了新任务,改变目的地前往径向外流的位置测量太阳风的横向运动。同年2月,旅行者1号完成了一项测试以证实它仍有自我调遣和重新定位的能力。探测器的路线没有改变,它只是对着地球逆时针转了70度并对太阳风进行了探测。这是自1990年拍下了太阳系行星全家福之后,该探测器首次完成的主要调遣任务。半人马座阿尔法星是旅行者1号的导引星,在第一次测试之后,探测器对照导引星进行自我定位准确无误后,旅行者1号继续向地球发出信号。此后,旅行者1号将在任何时候做好准备进入星际空间。在那个阶段,旅行者2号仍在探测太阳风的径向外流,但在接下来的年月里,它将经历与旅行者1号同样的任务。

2011年5月21日,旅行者1号处于赤纬12.44°,赤经17.163°,黄纬34.9°(黄纬的变化非常慢),从地球上看过去,它刚好位于蛇夫座上。

2011年12月1日,旅行者1号探测到来自银河系的首个赖曼—阿发辐射。此前,探测器能够探测到来自其它星系的赖曼—阿发辐射,但在太阳的干扰下,探测器无法探测到来自银行系的赖曼—阿发辐射。

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