'旅行者1號' : 下一站小熊座
'旅行者1號' 是美國國家航空航天局迄今飛得最快, 最遠的探測器. 它到底能不能飛出太陽系, 是人們關心的問題.
近日, NASA官網發布消息稱, 美國時間11月28日, 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. 這會讓 '旅行者1號' 離飛出太陽系的目標更近一步嗎?
剛剛進入星際空間
1977年發射升空後, '旅行者1號' 一直在向太空深處進發. 在過去的40年裡, '旅行者1號' 已經飛行210億公裡, 摺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後區域作為太陽系邊界. 測量這一邊界在哪裡, 正是 '旅行者1號' 的使命之一. 在經過反覆測量和模型推演後, NASA於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.
但對於天文學家來說, 更廣為接受的太陽系範圍是太陽的引力範圍. 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雲是太陽引力發揮作用的最後區域. 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.
能源系統壽命有限
那麼我們能看到 '旅行者1號' 飛出太陽系的那個時刻嗎? 很遺憾, 這個願望永遠無法實現.
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. '一般探測目標位於火星軌道以內的探測器採用太陽能作為能源, 因為在這些區域光照充足; 探測目標位於火星以外的探測器採用核能作為能源. '
'旅行者1號' 最初的探測目標是木星, 因此採用的是核能驅動. 龐之浩介紹說, 探測器完成加速後, 按既定軌道飛行階段需要的能量很少, 能量主要用於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. '
但儘管如此, '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' 將於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年後, 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. 與地球失聯後, 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裡與地球保持聯繫? '每個探測任務的預算都是有限的, 攜帶更多燃料勢必會佔用任務預算. ' 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' 遇上其它天體並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.
攜手四大探測器飛出太陽系
與地球失去聯繫, 並不意味著 '旅行者1號' 旅途的終結.
北京師範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. 在耗盡所有燃料後, '旅行者1號' 會在慣性的作用下, 沿著最後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' 的旅途也並非毫無阻礙. 星際空間並非絕對真空, 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, 並利用土星引力彈弓進行了加速. 當年11月20日結束這次探測後, 其速度已經超過第三宇宙速度. 也就是說, 在與地球失聯後, '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. 中科院國家天文台研究員平勁松說, 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訊號, 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麼, 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5億公裡的速度飛離太陽系. 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.
來源: 科技日報
