旅行者1号

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旅行者1號(Voyager1)
Voyager.jpg
旅行者號太空船
所属组织 美國太空總署
任务类型 掠過
掠过对象 木星(1979-03-05)及
土星(1980-11-12)
发射时间 1977年9月5日12:56:00 UTC
发射手段 泰坦三E-半人馬座運載火箭
COSPAR ID 1977-084A
官方网站 美國太空總署「旅行者號」網站
质量 721.9 kg
功耗 420 W

旅行者1號Voyager 1)是美国宇航局研制的一艘無人外太陽系太空探測器,重815千克,於1977年9月5日發射,截止到2013年秋仍然正常運作。[1]它是有史以来距离地球最遠的人造飛行器,也是第一個離開太陽系的人造飛行器。受惠於幾次的引力加速,旅行者1号的飛行速度比現有任何一個飛行器都要快些,這使得較它早兩星期發射的姊妹船旅行者2號永远都不会超越它。旅行者1號現時已經進入太陽系最外層邊界,目前處於太陽影響範圍與星際介質之間。它的主要任務在1979年經過木星系統、1980年經過土星系統之後,結束於1980年11月20日。它也是第一個提供了木星土星以及其衛星詳細照片的探測器。截至2013年8月為止,它處於距離太陽約为125 天文單位[2][3]它是離地球最遠的人造物體。

截至2012年2月10日為止,旅行者1號正處於離太陽179.1億公里(即17.91×1012米/119.4天文單位/111.3億英里[4],進入了日鞘,即介乎太陽系星際物質之間的終端震波區域。如果旅行者1號最終在離開日球層頂後仍能有效運作,科學家們將有機會首次量度到星際物質的實際情況。依據現時的位置,太空船發出的訊號需要17個小時才能抵達它的控制中心,美國太空總署與位於加州帕薩蒂納加州理工學院合作的噴氣推進實驗室[5]旅行者1號在沿雙曲線軌道英语Hyperbolic trajectory軌道,並已經達到了第三宇宙速度。這意味著他的軌道再也不能引導太空船飛返太陽系,與沒法聯絡的先驅者10號及已停止操作的先驅者11號一樣,成為了一艘星際太空船

旅行者1號原先的主要目標,是探測木星土星及其衛星。現在任務已變為探測太陽風頂,以及對太陽風進行粒子測量。兩艘旅行者號探測器,都是以三塊放射性同位素熱電機作為動力來源。這些發電機目前已經大大超出了起先的設計壽命,一般認為它們在大約2020年之前,仍然可提供足夠的電力令太空船能夠繼續與地球聯繫。2012年6月17日,NASA公布,经过35年的飞行,旅行者1号已经离开太阳系,成为首个离开太阳系的人造物体。根据NASA的说法,证据如下:首先,“旅行者1号”上携带了两个高能望远镜,在过去3年裡,它们接收到了越来越多的宇宙射线。而且,从今年5月开始,这一数据急剧上升。其次,探测器还能感测到一种来自太阳的高能粒子,但是,近期这些粒子的数量也在不断下降。基于这些数据,美国宇航局参与“旅行者”项目的科学家埃德·斯通说:“人类向星际空间派出的首个使者已在太阳系边缘。而它一旦进入星际空间,就将需要4万年的时间才能抵达下一个行星系。”此外,关于“旅行者1号”上的电池,科学家说这两枚核电池能够保证旅行者号上搭载的科学仪器继续工作至2025年,而到2036年,连讯号传输的电力都将消耗殆尽。[6]一旦电池耗尽,“旅行者1号”将继续向银河系中心前进,再也不会向地球发回数据了。

2013年9月12日,NASA確認,“旅行者1號”探測器已經離開太陽系。NASA的發言人表示:“旅行者號已經到達了從來沒有探測器到達過的空間,這是人類的科學發展史上的里程碑。”一系列相關資料證明了旅行者號已經脫離了包裹著太陽系的由熾熱而活躍的粒子組成的太陽圈頂層,進入了寒冷黑暗的恒星際空間。歷經36年的旅行,離地球約187億公里,終於成爲第一個離開太陽系的人造物體。[7]

任務概要[编辑]

旅行者1號最初計劃屬於美国水手號計劃的最初試驗,它的設計利用了屬於當時的新技術引力加速。幸運的是,這次任務剛巧碰上了176年一遇的行星幾何排列。太空船只需要少量燃料以作航道修正,其餘時間可以借助各個行星的引力加速,以一艘太空船就能造訪太陽系裡的四顆氣體巨行星木星土星天王星海王星。兩艘姊妹船旅行者1號及2號就是為了這次機會而設計,它們的發射時間是被計算過以便儘量充分利用這次機會。亦拜這次機會所賜,兩艘太空船只需要用上12年的時間就能造訪四個行星,而非一般的30年時間。

發射和​​軌跡[编辑]

旅行者1號在1977年9月5日於佛羅里達州卡納維爾角,被搭載在一枚泰坦3號E半人馬座火箭上發射升空。剛好於旅行者2號在同年8月20日的發射兩個星期之後不久。雖然發射時間較2號為後,但1號卻被發射進入更短的軌跡之中[8],讓它又比2號快一點到達到木星土星[9]

最初,因為在泰坦3號E火箭燃燒過程的第二階段裡出現了約一秒鐘的燃燒不足,使地面的工作人員曾擔心會使太空船因此而不能到達木星。後來幸好證實了在泰坦三E運載火箭的上層仍有足夠的燃料燃燒。

Voyager 1 lifted off with a Titan IIIE-Centaur
由泰坦3號E半人馬座火箭發射升空的旅行者1號 
Trajectory of Voyager 1 primary mission
“旅行者1號”的主要任務的軌跡。 

拜訪木星[编辑]

旅行者1號發射後,首次在1979年1月開始對木星進行拍攝。同年的3月5日,旅行者1号飞行至距離木星中心349,000公里(217,000哩)的最近点。由於在如此近距離掠过,以及更佳的相機解析度,太空船在48小時的近距離飛行時間中,得以對木星的衛星磁場以及輻射帶作深入瞭解及高解像度拍攝。整個拍攝過程最終於同年4月完成。

兩艘太空船對木星及其衛星作出了不少重要發現,像是它的衛星、輻射帶以及發現木星竟有前所未見的行星環。最令人驚訝的是在木衛一上發現了火山活動。這個發現是在地球上從未觀察到的,就連先驅者10號及11號也並未觀察到。

The Great Red Spot as seen from Voyager 1.
從旅行者1號上看到的大紅斑. 
False color detail of Jupiter's atmosphere, as imaged by Voyager 1.
木星大氣層的詳細偽彩色照片. 
View of lava flows radiating from the volcano Ra Patera on Io.
木衛一上的活火山Ra Patera的熔岩流. 
The eruption plume of the volcano Loki rises over the limb of Io. 
Europa as seen from Voyager 1 at a distance of 2.8 million km
Europa's lineated but uncratered face at a distance of 2.8 million km. 
Icy surface of Ganymede as photographed from 253,000 km
The tectonically disrupted surface of Ganymede from 253,000 km. 
Voyager 1 time lapse movie of Jupiter approach. (Link to full size video) 

拜訪土星[编辑]

在順利地借助了木星的引力後,太空船朝土星的方向進發。旅行者1號於1980年11月掠過土星,於11月12日飞行至距離土星最高雲層124,000公里(77,000英里)以內的位置。太空船探測到土星環的複雜結構,並且對土衛六上的大氣層進行了觀測。由於發現了土衛六擁有濃密的大氣層,噴氣推進實驗室的控制人員最終決定了讓旅行者1號駛近土衛六以進行研究,並隨之終止了它繼續探訪其餘兩顆行星。結果造訪天王星和海王星的任務只得交予旅行者2號。這次靠近土衛六的決定使太空船受到了額外的引力影響,最終使太空船離開了黃道,終止了它的探索行星任務。

View of Saturn lit from the right. Saturn's globe casts its shadow over the rings to the left. Part of the lower hemisphere can be seen through the rings. Some of the spoke-like ring features are visible as bright patches.
距離土星約5百萬公里的照片,於最接近土星後四天拍攝. 
Mimas at a range of 425,000 km from Voyager 1
Mimas at a range of 425,000 km; the crater Herschel is at upper right. 
Tethys photographed by Voyager 1 from 1.2 million km
Tethys, with its giant rift valley Ithaca Chasma, from 1.2 million km. 
Fractured terrain on Dione imaged from a distance of 240,000 km from Voyager 1
Fractured 'wispy terrain' on Dione's trailing hemisphere. 
Impact craters on the surface of Rhea appear similar to Earth's Moon
The icy surface of Rhea is nearly saturated with impact craters. 
Cream-colored section of a disk is separated from the black space above by a fuzzy blue curve
土衛六上的大氣層分佈偽彩色照片. 
orange coloured area at bottom right is separated from black space at upper left by diagonal series of blue bands
土衛六上大氣層分佈. 
Voyager 1 image of Saturn's F Ring
旅行者1號拍摄的土星環裡的F環. 

星際探索任務[编辑]

在離開土星後,旅行者1號被美國太空總署形容為進行星際探索任務。估計兩艘旅行者太空船上的電池,均能夠提供足夠電力至2020年,供船上一部份的儀器操作。

年份 因電力有限而停止操作的功能
2007 停止等離子子系統運作
2008 停止行星無線電天文實驗
2010 停止掃瞄平台及紫外線分光計觀測
2015 停止數據磁帶機運作(由70 m/34 m天線陣接收1.4k比特率數據的速率限制決定。這是磁帶機能夠讀取數據的最低速率.)
大約2016 停止迴轉儀運作
2020 開始關閉科學儀器(直到2008年3月18日,關閉順序仍然未定,但是低能帶電粒子,宇宙射線子系統, 磁強計和等離子體波子系統的儀器被期望繼續運行)
2025或之後 沒有足夠電力供應任何單一儀器

日球層頂[编辑]

旅行者1號正處於日鞘(Heliosheath)

由於旅行者1號正向星際間的太空進發,船上的儀器將會繼續對太陽系進行研究。噴氣推進實驗室的科學家們正使用載於船上的等離子體波實驗來驗證日球層頂的存在。

美國約翰·霍普金斯大學應用物理學實驗室的科學家們相信旅行者1號於2003年2月已經進入了終端震波區域。但有些科學家在2003年11月6日的著名科學雜誌《自然》上表示質疑。而在2005年5月25日早上,在新奧爾良舉行的美國地球物理學會(AGU)一個科學會議上,艾德‧斯托恩博士呈上了旅行者1號已於2004年12月離開了終端震波的證據"SH22A-01" 。由於船上的太陽風檢測器早於1990年停止運作,所以這次討論在數月後仍未得出結論,只好期待其他資料到手為止。最終美國太空總署於2005年5月發新聞稿,說大家已經有共識旅行者1號正處於日鞘[10]科學家們相信太空船會於2015年到達日球層頂,即太陽系的邊緣。

現況[编辑]

航海家1號結構
在2007年7月7日,先鋒號和航海家號的位置和追蹤。圖片指出了航海家2號比先鋒11號遠並且由於其-55度的偏角只能表示在圖片中的一個位置,而航海家1號則是因為太過於遙遠而只能表示在圖片中的另一個大略位置

旅行者1号在2011年3月9日距離太陽大約116.406個天文單位(約10,816,616,569哩或是約0.00183光年)。以光速往來太空船和地球間的無線電訊號大約耗時16.13個小時。航海家1號目前的相對速度是17.062公里/秒或61,452公里/每小時(約38,185哩/每小時)。每年約3.599天文單位,比姐妹号旅行者2号快了10%。旅行者1号在這樣的方位和速度下將會花上7萬3千6百年的時間經過半人馬座比鄰星

旅行者1号在2011年3月9日的位置在赤經17.184時、赤緯12.14°,並且在黃道34.9°緯度位置,從地球上觀測來看它是朝向蛇夫座前進。美國太空總署每天持續用深空網路對旅行者1号做追蹤。這個網路會以旅行者1号的無線電訊號來測量高度和方位角,並且也會測量地球與旅行者1号之間的距離。

旅行者1号並沒有朝向任何特定的星座前進,但是在約4萬年後它會以1.6光年的距離經過蛇夫座的AC+79 3888恆星。這個恆星大體上來講正以每秒119公里的速度朝向我们的太陽系移動。

德國AMSAT(業餘無線電衛星通訊組織)在2006年3月31日追蹤並接收到來自旅行者1號的數據,他們於波鴻使用了一台20米的碟型天線配合長觀測時間技術。那些數據其後與深空網路位於西班牙馬德里的觀測站獲取的數據進行了校對及驗證(AMSAT-DL的德語文件ARRL的英語文件)。相信這是首次對旅行者有這樣的追蹤。

天文學家在2010年12月13日證實旅行者1号通過太陽風的盡頭,天文學家懷疑是由於星際風反向吹入太陽圈而使太陽風偏向另一邊。太陽風偵測讀數自2010年6月起一直保持在0,提供了關鍵證據。子午線(南北向)的太陽風,也就是天文學家懷疑太陽風速度增加的地方並不能推斷旅行者1号的目前位置。旅行者1号在這一天距離太陽大約173億公里。

2012年6月14日,科学家通过分析来自旅行者1号的数据得出结论:第一艘人类制造的星际飞行器正位于太阳系边缘,即将飞往星际空间。[1]旅行者1号预计在2015年11月19日将飛行至距離太陽133.15個天文單位。

2012年9月9日,距離地球約一百一十億英里,以每秒八英里的速度飛行,位處太陽系的邊緣位置,探測器目前依靠放射性同位素热电机發電,系統最低限度運作至2020年。科學家表示,當探測器遇到三個情況,就可確定探測器已飛出太陽系,進入恒星際空間,包括來自太陽的太陽風風力急跌、宇宙射綫水平飆升,及包圍探測器的磁場轉變。之後,科學家會將探測器調校至「節能模式」,讓探測器能運作多個世紀。

2013年9月12日,美国宇航局官方证实旅行者1号已经飞出了太阳系,正式成为现时离地球最远的人造飞行器,也是第一个进入星际空间的人造物体。[11]

關於旅行者1号的更新資料(或旅行者2号、先鋒10號、先鋒11號和新視野號)會即時公布在太空飛行器離開太陽系以及每週任務報告

旅行者唱片[编辑]

旅行者1號上攜帶了一張銅質磁碟唱片,內容包括用55種人類語言錄製的問候語和各類音樂,旨在向「外星人」表達人類的問候。唱片有12英吋厚,鍍金表面,內藏留聲機針。55種人類語言中包括了古代美索不達米亞阿卡得語等非常冷僻的語言,以及四種中國的語言(粵語國語閩南語吳語)。問候語為:「行星地球的孩子(向你們)問好」。唱片還包括了以下內容:

  • 時任聯合國秘書長庫爾特·瓦爾德海姆的問候。
  • 時任美國總統卡特的問候,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。」
  • 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,其中有中國古琴曲《流水》、莫扎特的《魔笛》和日本尺八曲等。
  • 115幅影像,太陽系各行星的圖片、人類生殖器官圖像及說明等。

相關條目[编辑]

參考[编辑]

  1. ^ 1.0 1.1 Data From NASA's Voyager 1 Point to Interstellar Future. NASA. [2012-06-15]. 
  2. ^ Peat, Chris. Spacecraft escaping the Solar System. Heavens-Above. September 9, 2012 [September 9. 2012]. 
  3. ^ Voyager 1, Where are the Voyagers – NASA Voyager 1
  4. ^ Voyager Mission Operations Status Report # 2012-02-10, Week Ending February 10, 2012
  5. ^ Voyager 1 arrives on ‘magnetic highway for charged particles’. theregister. 12 03, 2012 [2012-12-03]. 
  6. ^ “旅行者1号”:一趟永不回头的星际旅行,新华网,2013年9月22日
  7. ^ 美宇航局确认旅行者1号飞出太阳系,亚太日报,2013年9月13日
  8. ^ Planetary voyage. [18 August 2013]. 
  9. ^ Jupiter. [18 August 2013]. 
  10. ^ NASA - Voyager Enters Solar System's Final Frontier
  11. ^ 美宇航局:"旅行者1号"已飞出太阳系. 新华网. 2013-09-13 (中文(中国大陆)‎). 

外部鏈接[编辑]

 

航海家計畫
Voyager.jpg
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