“旅行者1號”離飛出太陽系的目標更近了一步嗎?

作者:一一奇聞 目錄:不解之迷  時間:2021-06-02 

       旅行者1號(英語:Voyager 1)是由美國宇航局研制的一艘無人外太陽系空間探測器。重815千克,于1977年9月5日發射,截止到2015年7月仍然正常運作。它曾到訪過木星及土星,是提供了其衛星高解像清晰照片的第一艘航天器。現時,它是離地球最遠的人造飛行器。

       旅行者1號現時已經進入太陽系最外層邊界,目前處于太陽影響范圍與星際介質之間。它的主要任務在1979年經過木星系統、1980年經過土星系統之后,結束于1980年11月20日。它也是第一個提供了木星、土星以及其衛星詳細照片的探測器。距今離地球最遠的人造衛星。

       目前人們所關心的問題是它到底能不能飛出太陽系?

  近日,NASA官網發布消息稱,在美國時間11月28日時科學家成功啟用了“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。那么這會讓“旅行者1號”離飛出太陽系的目標更近一步嗎?

  自從1977年發射升空后,“旅行者1號”一直在向太空深處進發。在過去的40年里,“旅行者1號”已經飛行210億公里,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后區域作為太陽系邊界。

    “旅行者1號”的使命之一正是測量這一邊界在哪里。在經過反復測量和模型推演后,NASA于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。

  但對于天文學家來說,更廣為接受的太陽系范圍是太陽的引力范圍。以此為標準,“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云是太陽引力發揮作用的最后區域。按照目前的飛行速度,飛出太陽系這個目標,至少需要三萬年才能實現。

  那么我們能看到“旅行者1號”飛出太陽系的那個時刻嗎?很遺憾,這個愿望永遠無法實現。

  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。“一般探測目標位于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;探測目標位于火星以外的探測器采用核能作為能源。”

  龐之浩介紹說,探測器完成加速后,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準地球。”“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。

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撐幾十年時間。龐之浩說,“旅行者1號”將于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年后,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。與地球失聯后,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里與地球保持聯系?“每個探測任務的預算都是有限的,攜帶更多燃料勢必會占用任務預算。”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’遇上其它天體并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。

  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。在耗盡所有燃料后,“旅行者1號”會在慣性的作用下,沿著最后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”的旅途也并非毫無阻礙。星際空間并非絕對真空,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,并利用土星引力彈弓進行了加速。當年11月20日結束這次探測后,其速度已經超過第三宇宙速度。也就是說,在與地球失聯后,“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,雖然最終從儀器校準角度找到了答案。“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么,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5億公里的速度飛離太陽系。據估計,公元40272年,它將飛抵小熊座的一顆恒星附近。而它飛行的每一天,都在創造人類探測器的新紀錄。

 

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