'旅行者1号' : 下一站小熊座
'旅行者1号' 是美国国家航空航天局迄今飞得最快, 最远的探测器. 它到底能不能飞出太阳系, 是人们关心的问题.
近日, NASA官网发布消息称, 美国时间11月28日, 科学家成功启用了 '旅行者1号' 上一组休眠多时的航迹修正推进器, 帮助调整探测器姿态. 此举将使 '旅行者1号' 的服役时间延长两至三年. 这会让 '旅行者1号' 离飞出太阳系的目标更近一步吗?
刚刚进入星际空间
1977年发射升空后, '旅行者1号' 一直在向太空深处进发. 在过去的40年里, '旅行者1号' 已经飞行210亿公里, 折合地球与太阳距离的140倍.
如果以太阳系八大行星的轨道为边界, '旅行者1号' 早已飞出了太阳系. 也有科学家提出, 以太阳风粒子发挥作用的最后区域作为太阳系边界. 测量这一边界在哪里, 正是 '旅行者1号' 的使命之一. 在经过反复测量和模型推演后, NASA于2013年9月宣布 '旅行者1号' 探测到太阳风粒子浓度急剧下降, 探测器进入了星际空间.
但对于天文学家来说, 更广为接受的太阳系范围是太阳的引力范围. 以此为标准, '旅行者1号' 只不过度量了太阳系微小的一部分. 天文学家一般认为遥远的奥尔特云是太阳引力发挥作用的最后区域. 按照目前的飞行速度, 飞出太阳系这个目标, 至少需要三万年才能实现.
能源系统寿命有限
那么我们能看到 '旅行者1号' 飞出太阳系的那个时刻吗? 很遗憾, 这个愿望永远无法实现.
航天专家庞之浩介绍说, 科学家会根据探测目标位置, 为探测器选取驱动能源. '一般探测目标位于火星轨道以内的探测器采用太阳能作为能源, 因为在这些区域光照充足; 探测目标位于火星以外的探测器采用核能作为能源. '
'旅行者1号' 最初的探测目标是木星, 因此采用的是核能驱动. 庞之浩介绍说, 探测器完成加速后, 按既定轨道飞行阶段需要的能量很少, 能量主要用于调整飞行器姿态及与地球通讯. '比如在与地球通讯时, 要调整探测器天线对准地球. '
但尽管如此, '旅行者1号' 的放射性同位素热电发生器也只能支撑几十年时间. 庞之浩说, '旅行者1号' 将于2020年关闭磁场和粒子探测设备, 只留下紫外线探测设备继续工作. '2025年后, 我们将无法收到 '旅行者1号' 发回的科学数据, 工程数据的传回还能持续几年. ' 即使新启动的推进器能将其服役期延长两三年, 但也只是数万年飞行时间的一个零头. 与地球失联后, 人类将无从得知 '旅行者1号' 的行踪.
能不能携带更多燃料, 让探测器在更长时间里与地球保持联系? '每个探测任务的预算都是有限的, 携带更多燃料势必会占用任务预算. ' 庞之浩表示, 即使是按照目前的技术水平, 带上足够探测器飞行3万年的燃料, 依然是件不可思议的事情.
'太阳系外层空间的天体比较稀疏, '旅行者1号' 遇上其它天体并展开探测的可能微乎其微, 不太可能发回太多有科学价值的数据, 因此提高预算, 携带更多燃料也不太经济. 除非未来出现了别开生面的颠覆性新技术. ' 庞之浩说.
携手四大探测器飞出太阳系
与地球失去联系, 并不意味着 '旅行者1号' 旅途的终结.
北京师范大学天文学系副教授高健介绍说, 完成探测任务的探测器有多种归宿: 留在所登陆的行星上, 比如 '好奇号' ; 自我毁灭, 比如 '卡西尼号' ; 在太空中继续飞行, 比如 '先驱者10号' .
'旅行者1号' 的选择和 '先驱者10号' 一样. 在耗尽所有燃料后, '旅行者1号' 会在惯性的作用下, 沿着最后的轨道方向继续飞行, 除非遇上质量足以让它改变轨道的天体, 或者撞上其他天体被摧毁. '但这种可能不大. ' 高健说.
'旅行者1号' 的旅途也并非毫无阻碍. 星际空间并非绝对真空, 探测器随时会遇到星际介质粒子. 高健说, 在与这些粒子的碰撞中, 探测器的速度会非常缓慢地降低. 此外, 太阳引力的微小束缚也会让它的速度逐渐慢下来.
按照牛顿力学定理, 达到第三宇宙速度的物体, 将能摆脱太阳引力的束缚, 飞出太阳系. 1980年, '旅行者1号' 对土星系统进行了探测, 并利用土星引力弹弓进行了加速. 当年11月20日结束这次探测后, 其速度已经超过第三宇宙速度. 也就是说, 在与地球失联后, '旅行者1号' 仍将头也不回地向太阳系外飞去. 和它抱有同样目标的, 还有旅行者2号, 先驱者10号等其它四个探测器.
'旅行者1号' 在太阳系外层空间的速度变化, 也许能提供这片区域物质分布的线索. 中科院国家天文台研究员平劲松说, 上世纪90年代, 数据监测显示 '旅行者1号' 出现异常加速现象. 科学家猜测是否存在未知天体吸引探测器, 虽然最终从 仪器 校准角度找到了答案. '目前该探测器已经进入了太阳系的空旷空间, 科学家很感兴趣会不会出现类似情况, 以及该如何解释这类情况. ' 平劲松表示, 我国科学家计划接收 '旅行者1号' 传回的卫星无线电波载波信号, 分析和监测探测器的速度, 加速度变化. '谁也不知道会发生什么, 毕竟 '旅行者1号' 已经进入了人类探测的空白区. '
目前, '旅行者1号' 正以每年5亿公里的速度飞离太阳系. 据估计, 公元40272年, 它将飞抵小熊座的一颗恒星附近. 而它飞行的每一天, 都在创造人类探测器的新纪录.
来源: 科技日报
