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旅行者号:美国宇航局星际探测器接下来会做什么?

数千年后,旅行者1号和旅行者2号将离开我们的太阳系。但在那之前,它们的仪器就会停止工作。

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旅行者2号,回望。来源:NASA/ESA/G. Bacon/STScI

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1977年,美国宇航局发射了双子旅行者号飞船,以探测太阳系的外围。当时,这个航天机构还处于起步阶段。但随着阿波罗登月成功仅仅五年之后,美国宇航局已准备好一头扎进另一个大胆的想法。

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得益于太阳系四大外行星罕见的排列——这种情况每175年才发生一次——该机构有机会通过一次性探索木星、土星、天王星和海王星来重新定义天文学。

这个计划取得了惊人的成功。

在木星,探测器发现木卫一上的火山,并发现木卫二很可能是一个海洋世界时,令科学家们感到惊讶。土星揭示了其大气成分和新形成的环。旅行者2号返回了人类唯一近距离观察天王星和海王星的图像。至今,科学家们仍在通过探索旅行者号几十年前的数据,不断取得新发现

但这些探测器并未停止对外太阳系的侦察。旅行者1号和旅行者2号至今仍在运行,使它们成为历史上运行时间最长、距离最远的太空任务。尽管它们各自沿着不同的路径前进,但这两艘飞船仍在以极快的速度离开太阳系。而且它们还有很长的路要走。

两艘旅行者号飞船穿越太阳系的不同路径,现已完全脱离太阳的影响。(图片来源:NASA/JPL-Caltech)

NASA/JPL-Caltech

旅行者号探测器将去往何方?

即使以每小时35,000英里的速度飞行,旅行者号探测器也需要再花300年才能到达奥尔特云的内边缘——这是一个巨大的冰冷太空岩石球体,其距离太阳比地球远数千倍。奥尔特云的外边缘可能非常遥远,以至于旅行者号探测器需要30,000年或更长时间才能完全穿越它,据美国宇航局称

在那之后,大约在40,000年后,旅行者1号可能最终会接近另一颗恒星。然而,旅行者2号需要300,000年才能沐浴在另一颗恒星的光芒中。

谢天谢地,我们不必等那么久才能有新的发现。这两个探测器在途中仍然不断有引人入胜的发现。

只有旅行者号探测器越过了日球层顶,离开了太阳的影响。新的探测器有朝一日可能会研究其之外的星际介质。(图片来源:NASA-JPL/Caltech)

NASA-JPL/Caltech

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旅行者号任务正在研究什么?

早在2012年,旅行者1号成为第一个到达星际空间的航天器。并没有路标告诉美国宇航局该飞船已经突破了障碍。相反,他们通过旅行者1号在撞击一个名为日球层顶的区域时探测到的可测量变化来确定这一点。

我们的太阳会产生一股强烈的粒子流,被称为太阳风,它向四面八方流出,并产生一个磁场,保护行星免受星际粒子的侵害。强大的太阳风在星际介质(恒星之间的区域)中雕刻出一个巨大的空腔,将所有行星包裹在其中。这个保护泡被称为日球层,日球层顶是它的外部边界——在这里,我们太阳的影响最终被远处活动(如超新星爆发)所压倒。

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科学家们惊讶地发现,旅行者1号测量了日球层顶内部和外部的磁场,发现其总体方向没有显著变化。然后,当旅行者2号在2018年到达星际空间的同一边界时,它也发现了类似的结果。

但当美国宇航局的科学家公布旅行者2号在日球层顶之外的第一批结果时,它又带来了一个惊喜。他们最初预计来自我们太阳的粒子不会“泄漏”出日球层进入星际空间。旅行者1号也没有发现这种泄漏。但旅行者2号却发现了相反的情况。它记录到少量太阳粒子通过日球层顶流出。

近年来,这对双胞胎探测器还发现,太阳风在太阳系边缘的移动速度比预期要慢。总而言之,通过研究这两个探测器的数据,天文学家得以比较、对照和证实关于将我们的太阳系与星际空间分隔开的边界的结果。

(图片来源:Alison Mackey/Discover)

Alison Mackey/Discover

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旅行者1号和旅行者2号何时消亡?

自四十多年前发射以来,美国宇航局一直与旅行者号探测器保持着近乎恒定的联系。然而,美国宇航局暂时停止接收来自旅行者2号的消息,因为他们正在修复和更新用于与探测器通信的三个深空网络天线之一,《纽约时报》在三月份报道

这是一个有风险的举动,一旦接收器重新开启,我们可能就再也听不到旅行者2号的消息了。但地球仍然与旅行者1号保持联系。而且新的发现还没有结束。任务规划者打算继续与飞船通信,直到它们出现故障或失去动力。

这两个探测器都应该能够至少运行一台科学仪器到2025年。即使在那之后,美国宇航局也预计会继续接收来自探测器的工程数据,直到2035年,届时它们将超出深空网络天线的范围。

可悲的是,这意味着所谓的星际任务将无法告诉我们它们到达恒星后看到了什么。

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旅行者号金唱片(左)是一个12英寸的金铜盘。它覆盖有铝,并电镀有超纯的铀-238样品。(来源:NASA)

美国宇航局

一段旅程的金色唱片

当然,美国宇航局早在任务启动前就知道会有这一天。而这张孤独的、单程的太阳系外之旅,对一些天文学家来说是无法抗拒的。卡尔·萨根对这个想法如此着迷,以至于他帮助美国宇航局为这项任务创造了一个完整的文化组成部分,以防未来的外星人——或太空旅行的地球人——发现旅行者号探测器之一。

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每艘飞船都载有一张金色唱片,作为来自地球的时间胶囊,其内容由萨根领导的委员会选定。这些发给恒星的信息包含来自地球的景象和声音,以及来自数十个国家的音乐和55种语言的问候语。

因此,尽管有朝一日我们将停止接收来自旅行者号探测器的消息,但这可能不是它们前往恒星之旅所传达的最后一条信息。

“数十亿年后,我们的太阳,届时已膨胀成一颗红巨星,会将地球化为焦炭,”萨根沉思道。“但旅行者号唱片仍将大部分完好无损地存在于银河系某个遥远区域,保存着一个曾经繁荣的古老文明的低语——也许在前往更伟大的事业和其他世界之前,它曾生活在遥远的地球上。”

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