星辰大海之旅(61)旅行者1號探測器(航海傢1號)B

星辰大海之旅(61)旅行者1號探測器(航海傢1號)B

旅行者2號探測器

四、“航海傢1號”是否曾飛離太陽系?!

1、日球層頂

美國有科學們相信旅行者1號於2003年2月已經進入瞭終端震波區域,但也有科學傢表示質疑。2005年5月25日,艾德.斯托恩博士呈上瞭旅行者1號已於2004年12月離開瞭終端震波的證據。討論在數月後仍未得出結論。最終美國太空總署於2005年5月發新聞稿,說大傢已有共識,旅行者1號正處於日鞘。科學傢們相信太空船會於2015年到達日球層頂,即太陽系的邊緣。

2006年3月31日,來自德國的AMSAT(業餘無線電衛星通訊組織)追蹤並接收到來自旅行者1號的數據。

協調世界時2006年8月15日22時13分,旅行者1號正處於距離太陽100個天文單位處。這個距離比起任何已知的自然太陽系物體都要遠,包括“塞德娜。而在2005年11月,太空船正以每秒17.2公裡的速度(即每年3.6個天文單位或時速38400公裡)遠離太陽,比旅行者2號速度快上10%。太空船並沒有指向任何一顆恒星,但約在4萬年後它會在距離鹿豹座的AC+7938881.7天文單位之處經過。2006年9月,太空船的方位是朝向蛇夫座飛去。

噴氣推進實驗室收到來自旅行者1號探測器的匯報:由太陽發射的低能帶電粒子流抵達旅行者1號所處的位置時,其速度已經降為零。而在2011年2月,太陽風已經開始出現停滯。2013年9月12日,美國宇航局官方證實旅行者1號探測器已經成功飛出太陽系,進入星際空間。進入星際空間,“旅行者”1號將需要4萬年的時間才能抵達下一個行星系。

這是一次地球與處於太陽系邊界的信息交流,也是第一次發現旅行者1號提前抵達過渡區。在2011年11月7日,旅行者1號的位置從地球上觀測來看,它是朝向蛇夫座前進,距離地球大約119.488個天文單位。以光速溝通於航天器和地球之間的無線電訊號大約耗時16.13個小時。旅行者1號相對速度是17.062公裡/秒或61452公裡/小時。這樣的速度大約是每年3.599個天文單位,比姊妹號旅行者2號快瞭10%。旅行者1號並沒有朝向任何特定的星座前進,在這樣的方位和速度下,4萬年後它會在1.6光年的距離經過蛇夫座的AC+79 3888恒星,7萬3千6百年的時間經過半人馬座比鄰星。這個恒星大體上來講正以每秒119公裡的速度朝向太陽系移動。

2012年6月17日, NASA噴氣推進實驗室發佈聲明稱,1977年發射的“旅行者1號”探測器發回的數據顯示,它已抵達太陽系邊緣。這個在太空中孤獨旅行35年的探測器將有望成為首個脫離太陽系的人造物體。如果除去消息傳播的時間,那麼旅行者1號到達太陽系邊緣的時間為2012年5月。航天局表示,過去3年中,“旅行者1號”接收到越來越多的宇宙射線,上個月來自太陽系外的宇宙射線數量急劇增加。此外,高能粒子數量也出現變化,這些源自太陽的粒子數量有所下降。由此得出結論:“人類向星際空間派出的首個使者已在太陽系邊緣”。

“旅行者1號”越接近太陽風的邊緣,穿透探測器上的過濾裝置的宇宙粒子就越多。 2012年5月7日,這種現象突然加劇。到7月初穩定下來,這隻能解釋為‘旅行者’1號正在穿過太陽系和星際物質的交界。理論上認為這裡是一個狹窄的不穩定區域,被稱為‘太陽層頂’。而這個探測器飛出太陽系的時刻令人激動,因為這是人造物體首次脫離太陽系。

如果美國航天局的測量工具證實“旅行者”1號飛出太陽系,我們將能最終得知太陽系的確切體積。知道它的厚度大約為0.5個天文單位(1個天文單位是地球至太陽的平均距離,約為1.5億公裡),距離太陽120個天文單位。

星辰大海之旅(61)旅行者1號探測器(航海傢1號)B

旅行者2號探測器2

2、離開太陽系。

有報道稱旅行者1號已完全飛出太陽系,但專傢稱旅行者1號飛出太陽系系誤讀,翻譯有誤。報道說“旅行者1號”探測器已經離開太陽系,到達太陽系外各恒星之間空曠的恒星際空間超過一年時間,成為第一個離開太陽系的人造探測器。這是不可能的,飛出太陽系外肯定是翻譯問題。它離出太陽系還早著呢,至少要3萬年才能飛出去。

在美國宇航局網站,關於旅行者號的報道通篇下來,並沒有看到飛出太陽系的原話,NASA的確說這是歷史性的航程,但飛進的是星際空間。

據稱:美國航空航天局的標準是三條,一個是太陽的粒子大大減少瞭所飛的區域,第二條標準是太陽系外的低能宇宙射線大大增加,第三個是磁場發生瞭明顯的變化,它按照這個標準來算是可以飛出太陽系的。但是如果按照有些天文界的說法那就飛不出去瞭。

雖然我們在有生之年都等不到旅行者飛出太陽系,但是這不代表它的旅行沒有意義。雖然浩瀚的宇宙使我們地球上發生的事情都像是茶杯裡的風波,但是這蝸牛般的探索代表著人類無限的求索。

關於飛離太陽系,又有相關的報道。2012年8月16日,據科學傢稱,關於美國宇航局的“旅行者1號”將很快離開太陽系的證據越來越充分。一些至關重要的參數表明,1977年發射升空的“旅行者1號”將進入星際空間。這艘飛船目前正以每秒16公裡的速度高速飛行在178億公裡外的遙遠太空。7月28日的數據給科學傢一個大大的謎團。旅行者項目科學傢說:到目前為止還不能宣佈這艘飛船已經飛出太陽系,進入瞭恒星際空間。“旅行者1號”的雙胞胎太空飛船“旅行者2號”目前距離太陽150億公裡。

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3、進入星際空間

美國地球物理聯合會(AGU)新聞發佈會宣稱,美國宇航局的“旅行者1號”飛船進入瞭星際空間,但美國宇航級負責旅行者號飛船的飛船小組卻提出瞭不同的看法。“旅行者1號”測量到銀河系宇宙射線顯著增長,預示著飛出太陽系時刻的來臨。這被視為“旅行者1號”已經穿越太陽風層頂(heliopause)的信號,在這裡由太陽風發出的帶電粒子形成瞭等離子氣泡。

美國宇航局負責“旅行者”飛船的“噴氣推進實驗室”貼出瞭一則聲明:“‘旅行者’飛船小組堅持認為該飛船還沒有抵達星際空間。我們有不同的標準,當星際介質和太陽之間的磁場方向發生變化的時候,才能認為飛出瞭太陽系。”他們表示還沒有探測到這種變化,雖然“旅行者1號”以每小時38000英裡的速度向著星海航行,但還沒有飛出太陽系。當天,AGU就改變消息的標題為“突然的宇宙射線的變化暗示,‘旅行者’1號已經進入瞭一個新的區域”。

2012年8月,“旅行者”小組才報道稱,該飛船進入瞭一個未知的“磁場高速路”,在那裡“太陽風層”內外的磁場連接瞭起來。

2013年6月15日美國航天局日前發佈消息說,該局1977年發射的“旅行者1號”探測器發回的數據顯示,它已抵達太陽系邊緣,這個探測器有望成為首個脫離太陽系的人造物體。

“旅行者1號”1977年升空,其最初目標是觀測木星、土星、天王星和冥王星,1989年完成任務後,美國航天局指令其向銀河系中心方向進發。目前,這個探測器的運行速度約為每秒17公裡,距地球約180億公裡。

4、“海嘯波”穿越星際空間

作為闖入星際空間的人造航天器,“旅行者1號”已經經歷瞭3場激波的洗禮。先前經歷過的那場激波,幫助科學傢確定瞭“旅行者1號”已經進入星際空間。始於2014年2月所經歷的一場激波仍在持續,這場“海嘯波”是科學傢在星際空間觀測到的最為持久的激波。

這樣的“海嘯波”之所以會發生,是因為太陽會爆發日冕物質拋射,將帶有磁場的一大團等離子體雲從太陽表面拋射出來。這個過程會產生一個壓力波。當這個壓力波撞上星際空間中的等離子體時,就會產生一個激波,擾亂星際介質。 “這樣一場‘海嘯’會導致那裡的電離氣體發生振蕩,就像一口鐘那樣振動起來,翁翁作響。”

這是“旅行者1號”經歷的第3場激波。第一場激波發生在2012年10月到11月,第二場發生在2013年4月到5月,揭示出星際空間中的等離子體密度越來越高。最近這場激波,則是“旅行者1號”在2014年2月觀測到的,截至11月的數據表明,這場激波仍在持續。在此期間,“旅行者1號”已經向外飛行瞭4億千米。

科學傢還不清楚,這場“海嘯波”如此曠日持久到底意味著什麼。他們也不清楚這個波正以多快的速度移動,不清楚它覆蓋瞭多大的一片區域。

“旅行者1號”2013年經歷的第二場“海嘯波”,幫助科學傢最終判定這個探測器離開瞭日球層(heliosphere)。

當時,“旅行者1號”更加頻繁地穿越瞭由更致密的等離子體構成的“環帶”,物質密度經先前測量的數值高出40倍。可見,“旅行者1號”已經進入瞭此前沒有任何航天器闖入過的全新領域——星際空間

旅行者1號飛得越遠,等離子體的密度就越高,不過,這是因為星際介質本身變得越來越致密,還是受到瞭激波的影響,還不知道。

“旅行者1號”和“旅行者2號”,都是在1977年被發射上天的。兩個探測器都飛掠瞭木星和土星。“旅行者2號”還飛掠瞭天王星和海王星。比“旅行者1號”早發射16天的“旅行者2號”,是目前持續運行時間最長的航天器,預計也將在未來幾年內進入星際空間。

5、“航海傢1號”是否曾飛離太陽系引發爭論

  據2013-08-20媒體報道,天文學傢研究指出,1977年發射升空、帶著人類文明及存在證據的“航海傢1號”(Voyager 1),已經在去年脫離太陽系,進入星際空間(interstellar space),不過,美國太空總署(NASA)卻指出,從數據判斷,航海傢1號應該還在太陽系內,也就是仍在太陽的影響范圍之內。

  美國馬裡蘭大學天文物理學傢史威史達克表示,從計算機模塊數據計算結果顯示,NASA“航海傢1號”大約在1年前脫離瞭太陽系,進入星際空間,他說,“在星際探索領域上沒人比得上航海傢1號,原本大傢隻希望它能探索木星與土星,但是沒人想到有天它會進入到星際空間。”

  據報道,在1977年,為瞭探索外太空,人類發射瞭“航海傢1號”與“航海傢2號”,這次的研究指出,“航海傢1號”距離太陽,已是地球距離太陽的120倍遠,早已成為人類有史以來飛行距離最遙遠的宇宙飛船,而且船上都載有一隻展示人類文明的圖片,與由55種語言錄制成聲音的金唱盤,希望讓其他生命,知道有人類存在的訊息,而且它目前仍持續向地球傳送數據,但是由於距離遙遠,間隔約在18小時。

  不過,稍早負責“航海傢1號”計劃,現已退休的NASA科學傢史東則持保留態度,他說“航海傢1號”位置應該在太陽圈(heliopause)與星際空間之間,因為從目前數據來看,它仍在受太陽的影響范圍之內,並非如史威史達克所言,已飛離太陽系。

  據稱,這兩艘宇宙飛船行進方向不同,皆由鈽驅動,“航海傢1號”上的科學儀器,預計在2020年會開始耗盡動力,2025年則會完全失去動力,但即使宇宙飛船失去動力,其存在時間,仍會比地球長,甚至當數十億年後,太陽變成紅巨星而滅亡後,“航海傢1號”依舊還會存在。

  根據馬裡蘭大學最新研究,“航海傢1號”在去年飛離太陽系後,目前正開始穿越銀河,科學傢預估4萬年內,兩艘宇宙飛船會距離太陽約2光年的距離。

* * *

五、搭載物品

1、旅行者金唱片

在2006年,旅行者探測器將會是第三和第四件人造物件離開整個太陽系。其實先驅者號計劃的10號和11號早已於1972年及1973年分別被發射上太空,早過旅行者探測器脫離太陽的引力,及攜有一塊細小的先驅者鍍金鋁板以說明他們被發射的時間和地點,以便於任何在不久的將來發現它們的太空探險者辨識。

美國國傢航空航天局以先驅者的例子為基礎,設計瞭一個更加復雜及詳細的訊息板,置於旅行者探測器之上。新的訊息板更像一個時間囊,打算向外太空的其他生物訴說人類身處的世界。

旅行者1號上攜帶瞭一張銅質磁盤唱片,它的外徑為12英寸,鍍金表面,內藏金剛石留聲機針。這意味著即使是十億年之後,這張唱片的音質依然和新的一樣。它的內容包括用55種人類語言錄制的問候語和各類音樂,另外,磁盤上還有115幅影像,包括太陽系各行星的圖片及說明等,這些數據旨在向“外星人”表達人類的問候。55種人類語言中包括瞭古代美索不達米亞阿卡得語等非常冷僻的語言,以及四種中國的方言(普通話、閩南語、粵語、吳語)。各個問候語的表述句子全部不一樣。唱片還包括瞭以下內容:

時任聯合國秘書長庫爾特·瓦爾德海姆的問候。內容是:“這是一份來自一個遙遠的小小世界的禮物。上面記載著我們的聲音、我們的科學、我們的影像、我們的音樂、我們的思想和感情。我們正努力生活過我們的時代,進入你們的時代。”

唱片內還包括一個90分鐘的聲樂集錦,主要包括地球自然界的各種聲音以及27首世界名曲,其中有中國古曲《流水》、莫紮特的《魔笛》和日本的尺八曲等。另外,唱片封套上也包括瞭一塊高純度的鈾238。由於已知其衰變為钚239的半衰期約為41.7億年,這樣捕獲此唱片的外星生命即可據此推算出探測器的發射日期。

隻有在星際空間中存在有能力進行太空旅行的高級生命時,探測器上的唱片才可能遇到目標並被播放。

——美國天文學傢、科普作傢卡爾·愛德華·薩根

*****

【註釋】

(1)半人馬座比鄰星:距太陽最近的恒星,距離地球大約4.2光年,也就是26萬5千個天文單位。

(2)日球層,是指太陽風吹出來的大氣泡,包圍在太陽周圍,也包裹住瞭太陽系裡的所有行星

(3)日球層頂,也稱為太陽風層頂,是天文學中表示出自太陽的太陽風遭遇到星際介質而停滯的邊界。日球層頂半徑120個天文單位,厚度0.5個天文單位。

(4)太陽圈:太陽風在星際介質內吹出的氣泡被稱為太陽圈,在這氣泡的邊界外面就是太陽風再也推不動的龐然巨物星際介質。這個邊界通常稱為日球層頂,並且被認為是太陽系的外層邊界。在日球層頂內的邊界稱為終端震波,是太陽風的微粒從超音速被星際介質減低到亞音速的區域。在終端震波和太陽層頂中間的區域就是日鞘。在日球層頂之外,星際介質和日球層頂的交互作用在太陽前進方向的前方產生弓形震波

(5)星際介質::來自銀河的氫和氦氣體。

(6)過渡區,過渡區是太陽大氣層內介於色球和日冕中間的一區,隻能在太空中使用紫外線望遠鏡看見。

(7)塞德娜,Sedna,小行星90377;臨時編號2003 VB12,為一顆外海王星天體、獨立天體。

(8)協調世界時,又稱世界統一時間、世界標準時間、國際協調時間。由於英文(CUT)和法文(TUC)的縮寫不同,作為妥協,簡稱UTC。

2019-2-28

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旅行者2拍攝

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