尹懷勤

美國國家航空航天局（NASA）2017年12月2日報(bào)道說，旅行者1號探測器上搭載的一組推進(jìn)器，在“沉睡”了37年后，于太空深處成功完成點(diǎn)火測試。這則消息把這個(gè)距離地球最遠(yuǎn)的人造物體重新拉回到我們眼前。旅行者1號是迄今飛得最遠(yuǎn)、速度最快的航天器，也是恒星際空間唯一的人造物體。雖然它飛出太陽系至少還要3萬年的時(shí)間，但它所傳回的每個(gè)信息，無不刷新人類探測器所能抵達(dá)的最遙遠(yuǎn)的邊界。

“旅行者”的結(jié)構(gòu)和性能

為了探測太陽系的行星和觀測太陽以及更遠(yuǎn)的深空， NASA于1972年3月2日和1973年4月6日先后發(fā)射先驅(qū)者10號和11號探測器，又于1977年8月20日和9月5日相繼發(fā)射旅行者2號和1號探測器。它們都向地球發(fā)回了大量寶貴的數(shù)據(jù)資料，達(dá)到了預(yù)期目的，其中尤以旅行者1號飛得最快，目前已經(jīng)飛進(jìn)恒星際空間。

旅行者1號和2號是一對孿生兄弟，它們的結(jié)構(gòu)基本相同，頭部是一個(gè)扁平的十面棱柱體，中央裝有燃料貯箱，在箱體上側(cè)旁邊不同方向裝有16臺小型液體火箭發(fā)動(dòng)機(jī)，以供探測器改變飛行方向和調(diào)整姿態(tài)使用。棱柱體周圍安置著電子設(shè)備。其頭上戴有一頂“大草帽”，乃是直徑為3.7米的拋物面天線即定向天線。向左右伸開的兩個(gè)手臂，一個(gè)是磁強(qiáng)計(jì)支桿，另一個(gè)是光譜儀支架，其中除紅外光譜儀外，還有紫外光譜儀、宇宙射線探測計(jì)、等離子體探測器、廣角攝像機(jī)、窄角攝像機(jī)等。每艘旅行者號探測器都有三臺放射性同位素?zé)犭姍C(jī)，利用钚238衰變時(shí)產(chǎn)生的熱能供電，每88年只消耗一半原料。

旅行者1號的兩臺攝像機(jī)的圖像分辨率比先驅(qū)者號提高了1000倍；有多種光學(xué)儀器用來測量行星及其衛(wèi)星的反射和輻射特性，并分析它們的構(gòu)成和成分；有宇宙射線探測計(jì)、等離子體探測器和磁強(qiáng)計(jì)等星際空間環(huán)境探測設(shè)備安裝在儀器支架上，用以測量宇宙線、帶電粒子和太陽風(fēng)的邊界，研究太陽與行星間的關(guān)系；還有行星射電天文接收機(jī)及其鞭狀天線，用來了解行星和衛(wèi)星的大氣層及電離層的特性。它們獲得的數(shù)據(jù)資料都用無線電信號發(fā)回地球。幸運(yùn)的是，旅行者號的發(fā)射任務(wù)剛巧碰上了176年一遇的八大行星處于一線的幾何排列，可以運(yùn)用引力彈弓效應(yīng)予以加速。探測器只需要少量燃料以供航道修正，其余時(shí)間可以借助各個(gè)行星的引力提速，兩艘探測器只需要用上12年的時(shí)間就能造訪太陽系最遙遠(yuǎn)的4顆行星，而非一般的30年時(shí)間。這兩艘遙遠(yuǎn)探測器發(fā)出的信號被NASA的深空網(wǎng)天線接收，那是3臺布置在世界不同地點(diǎn)的巨型天線，專門用于接收遙遠(yuǎn)宇宙中探測器發(fā)回的微弱信號。

“旅行者”的發(fā)現(xiàn)

旅行者1號是第一個(gè)提供了木星、土星以及其衛(wèi)星詳細(xì)資料的探測器。旅行者1號在1979年3月5日與木星最為接近，在此前后得以對木星及其衛(wèi)星、木星磁場以及輻射環(huán)境做深入了解。它發(fā)現(xiàn)，大紅斑是木星大氣中的一種大旋渦，猶如地球上的龍卷風(fēng)。木衛(wèi)一上有火山活動(dòng)，活躍程度至少是地球的10倍。個(gè)兒小于月球的木衛(wèi)二像個(gè)冰與奶油巧克力混合的大球體，表面上分布著彎曲條紋。科學(xué)家分析木衛(wèi)二的照片和探測資料后提出，該衛(wèi)星表面覆蓋著5000米厚的冰層，冰層下面可能有一個(gè)深達(dá)50千米的海洋。這為后來的伽利略號多次探測木衛(wèi)二提供了理論依據(jù)和技術(shù)借鑒，并為科學(xué)家提出木衛(wèi)二生命假說奠定了基礎(chǔ)。

旅行者1號于1980年11月12日最接近土星。它不僅探測到土星環(huán)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，還對土衛(wèi)六上的大氣層進(jìn)行了觀測。由于發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)六擁有濃密的大氣層，地面控制人員決定讓旅行者1號駛近土衛(wèi)六進(jìn)行研究，而造訪天王星和海王星的任務(wù)交給旅行者2號去完成。這次靠近土衛(wèi)六的決定使旅行者1號受到了額外的引力影響，最終離開了地球公轉(zhuǎn)軌道面而向深空飛行，其任務(wù)已變?yōu)樘綔y太陽風(fēng)頂，以及對太陽風(fēng)粒子進(jìn)行測量。

1990年2月14日，旅行者1號調(diào)轉(zhuǎn)鏡頭，對準(zhǔn)它出發(fā)的方向，拍攝了太陽系的“全家?！?。圖像中的地球只不過是一顆幾乎看不到的暗淡藍(lán)點(diǎn)—這便是人類搖籃在宇宙中真實(shí)的地位。木星、土星的表面重力分別是地球表面重力的2.68、1.16倍，加上其衛(wèi)星的作用，故使旅行者1號的飛行速度達(dá)到了66.27千米/秒。

“旅行者”飛出太陽系了嗎

旅行者1號目前距離地球已經(jīng)超過200億千米，而沿著另一條不同路徑飛行的旅行者2號距離地球也已經(jīng)超過170億千米。

2014年9月13日，NASA召開新聞發(fā)布會(huì)，宣稱旅行者1號探測器已經(jīng)離開太陽系，正在飛向別的恒星，它也成為首個(gè)沖出太陽系的人類制造的飛行器?？墒且恍┖教旌吞煳膶＜艺J(rèn)為，旅行者1號只是進(jìn)入了星際空間，尚未飛出太陽系。這主要是對太陽系邊界的界定不同所致。

有天文學(xué)家認(rèn)為，太陽系應(yīng)以日球?qū)印栵L(fēng)發(fā)生作用的最大范圍—為界。由于太陽以220千米/秒的速度在銀河系中運(yùn)動(dòng)，所以日球?qū)硬⒎菍ΨQ的球形，在太陽運(yùn)動(dòng)方向上的日球?qū)幼畋?，約為100個(gè)天文單位（1個(gè)天文單位約等于1.496億千米），在太陽運(yùn)動(dòng)的反方向這一厚度能達(dá)到500個(gè)天文單位以上。旅行者1號正是沿著太陽運(yùn)動(dòng)的方向飛行，故而穿越了日球?qū)禹?，離開了太陽系。

更多的天文學(xué)家則主張根據(jù)太陽的萬有引力來定義太陽系邊界。在太空中某一地方，太陽引力和臨近恒星的引力會(huì)達(dá)到平衡，這里便是太陽系的邊界。如果一個(gè)天體主要受到太陽引力的作用，圍繞太陽運(yùn)動(dòng)，那么它就是太陽系天體。日球?qū)右约斑b遠(yuǎn)的小行星與彗星都在太陽系范圍內(nèi)。在太陽系遙遠(yuǎn)的疆域有一個(gè)包圍著太陽系的球體—奧爾特云團(tuán)，那里孕育著1000億顆長周期彗星。奧爾特云團(tuán)一直延續(xù)到距離太陽5萬～15萬個(gè)天文單位，那里是太陽引力束縛天體的最后區(qū)域。照此定義，旅行者1號需要3萬年左右才能飛出太陽系。

旅行者1號所攜帶的兩枚核電池將支持它持續(xù)工作到2025年或之后，此后，人類將失去與它的聯(lián)系。即使探測器完全靜默后，它仍然將保持目前的速度孤獨(dú)地向著宇宙深處遠(yuǎn)航，并且一去不回。無論何時(shí)飛出太陽系，“旅行者”在人類的航天史上已成為一座具有紀(jì)念意義的里程碑。endprint