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航海家1號（Voyager 1）是美國國家航空暨太空總署(NASA)研製的一艘無人外太陽系太空探測船，重815千克，於1977年9月5日發射，截止到2017年仍然正常運作。[3]它是有史以來距離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，航海家1號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航海家2號永遠都不會超越它。航海家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2017年9月為止，它處於距離太陽約為139天文單位，[4][5]它是離地球最遠的人造物體。
截至2017年6月30日，航海家1號正處於離太陽207.9億公里（即20.79×1014米/138.9天文單位/129.1億英里）[6]，進入了日鞘，即介乎太陽系與星際物質之間的終端震波區域。如果航海家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，太空飛行器發出的訊號需要17個小時才能抵達它的控制中心，美國國家航空暨太空總署與位於加州帕薩蒂納的加州理工學院合作的噴氣推進實驗室。[7]航海家1號在沿雙曲線軌道飛行，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飛行器飛返太陽系，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飛行器。
航海家1號原先的主要目標，是探測木星與土星及其衛星與環。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。兩艘航海家號探測器，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飛行器能夠繼續與地球聯繫。2012年6月17日，NASA公布，經過35年的飛行，航海家1號已經離開太陽系，成為首個離開太陽系的人造物體。根據NASA的說法，證據如下：首先，「航海家1號」上攜帶了兩個高能望遠鏡，在過去3年裡，它們接收到了越來越多的宇宙射線。而且，從今年5月開始，這一數據急劇上升。其次，探測器還能感測到一種來自太陽的高能粒子，但是，近期這些粒子的數量也在不斷下降。基於這些數據，美國國家航空暨太空總署參與「航海家」項目的科學家埃德·斯通說：「人類向星際空間派出的首個使者已在太陽系邊緣。而它一旦進入星際空間，就將需要4萬年的時間才能抵達下一個行星系。」此外，關於「航海家1號」上的鈽電池，科學家說這兩枚核電池能夠保證航海家號上搭載的科學儀器繼續工作至2025年，而到2036年，連訊號傳輸的電力都將消耗殆盡。[8]一旦電池耗盡，「航海家1號」將繼續向銀河系中心前進，再也不會向地球發回數據了。
2013年9月12日，NASA確認，「航海家1號」探測器已經離開太陽系。NASA的發言人表示：「航海家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航海家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，進入了寒冷黑暗的恆星際空間。歷經39年的旅行，離地球約206億公里，終於成爲第一個離開太陽系的人造物體。[9]
計畫背景[編輯]
在20世紀60年代，NASA提出行星之旅計畫（Planetary Grand Tour），計畫發射一對探測器飛越所有的外行星，並計劃於70年代開始著手進行。[10] 其中先鋒10號蒐集到的數據讓科學家對木星磁場有更進一步的了解，幫助工程師設計更佳的探測器，以更有效地應對木星周圍強烈的輻射環境。[11]但由於預算過高，行星之旅計畫便遭取消。
航海家1號原本被當成水手號計劃的一部分，並被命名為水手11號。 但是後來由於預算遭到削減, NASA便成立一個獨立的計畫：木星－土星水手計畫，並同時將此計劃作為行星之旅計畫的縮小版本。後來此計劃被改稱為航海家計畫，這是因為天文學家認為探測器的設計已經大幅超過水手號計畫的探測器，所以它們值得獲得一個獨立的名稱。[12]
任務概要[編輯]
航海家1號最初計劃屬於美國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。太空飛行器只需要少量燃料以作航道修正，其餘時間可以藉助各個行星的引力加速，以一艘太空飛行器就能造訪太陽系裡的四顆氣體巨行星：木星、土星、天王星及海王星。兩艘姊妹船航海家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，兩艘太空飛行器只需要用上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[編輯]
航海家1號在1977年9月5日於佛羅里達州的卡納維爾角，被搭載在一枚泰坦3號E半人馬座火箭上發射升空。剛好於航海家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[13]，讓它又比2號快一點到達到木星及土星。[14]
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飛行器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。
拜訪木星[編輯]
航海家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，航海家1號飛行至距離木星中心349,000公里（217,000英里）的最近點。由於在如此近距離掠過，以及更佳的相機解析度，太空飛行器在48小時的近距離飛行時間中，得以對木星的衛星、環、磁場以及輻射帶作深入瞭解及高解析度拍攝。整個拍攝過程最終於同年4月完成。
兩艘太空飛行器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。
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The eruption plume of the volcano Loki rises over the limb of Io.
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Europa's lineated but uncratered face at a distance of 2.8 million km.
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The tectonically disrupted surface of Ganymede from 253,000 km.
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拜訪土星[編輯]
在順利地藉助了木星的引力後，太空飛行器朝土星的方向進發。航海家1號於1980年11月掠過土星，於11月12日飛行至距離土星最高雲層124,000公里（77,000英里）以內的位置。太空飛行器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航海家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航海家2號。這次靠近土衛六的決定使太空飛行器受到了額外的引力影響，最終使太空飛行器離開了黃道，終止了它的探索行星任務。
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距離土星約5百萬公里的照片，於最接近土星後四天拍攝.
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Mimas at a range of 425,000 km; the crater Herschel is at upper right.
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星際探索任務[編輯]
在離開土星後，航海家1號被美國國家航空暨太空總署形容為進行星際探索任務。估計兩艘航海家太空飛行器上的電池，均能夠提供足夠電力至2020年，供船上一部份的儀器操作。
放射性同位素熱電機提供航海家號探測器電力。由於鈽燃料源的放射性衰變，放射性同位素熱電機提供的電功率會持續地下降，下降的速率為每年約4.2瓦特。由於可用的電功率持續下降，每隔一段時間必須關閉太空飛行器上的部分儀器，以確保剩下的儀器能繼續運作。
| 年份 |
因電力有限而停止操作的功能 |
| 2007 |
停止電漿子系統運作 |
| 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, 磁強計和電漿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[編輯]
由於航海家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電漿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航海家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，在紐奧良舉行的美國地球物理學會（AGU）一個科學會議上，艾德‧斯托恩博士呈上了航海家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。最終美國國家航空暨太空總署於2005年5月發新聞稿，說大家已經有共識航海家1號正處於日鞘。[15]科學家們相信太空飛行器會於2015年到達日球層頂，即太陽系的邊緣。
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
航海家1號在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）。以光速往來太空飛行器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，比姐妹號航海家2號快了10%。航海家1號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。
航海家1號在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。美國國家航空暨太空總署每天持續用深空網路對航海家1號做追蹤。這個網路會以航海家1號的無線電訊號來測量高度和方位角，並且也會測量地球與航海家1號之間的距離。
航海家1號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公里的速度朝向我們的太陽系移動。
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航海家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）。相信這是首次對航海家有這樣的追蹤。
天文學家在2010年12月13日證實航海家1號通過太陽風的盡頭，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航海家1號的目前位置。航海家1號在這一天距離太陽大約173億公里。
2012年6月14日，科學家通過分析來自航海家1號的數據得出結論：第一艘人類製造的星際飛行器正位於太陽系邊緣，即將飛往星際空間。[3]航海家1號預計在2015年11月19日將飛行至距離太陽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熱電機發電，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，進入恆星際空間，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，美國國家航空暨太空總署官方證實航海家1號已經飛出了太陽系，正式成為現時離地球最遠的人造飛行器，也是第一個進入星際空間的人造物體。[16]
關於航海家1號的更新資料（或航海家2號、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。
航海家唱片[編輯]
航海家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（普通話、粵語、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》和日本的尺八曲等。
- 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[編輯]
- ^ Voyager 1. NSSDC Master Catalog. NASA/NSSDC. [August 21, 2013].
- ^ Voyager 1. N2YO. [August 21, 2013].
- ^ 3.0 3.1 Data From NASA's Voyager 1 Point to Interstellar Future. NASA. [2012-06-15].
- ^ Peat, Chris. Spacecraft escaping the Solar System. Heavens-Above. September 9, 2012 [September 9, 2012].
- ^ Voyager 1, Where are the Voyagers – NASA Voyager 1
- ^ Voyager Mission Operations Status Report # 2012-02-10, Week Ending February 10, 2012
- ^ Voyager 1 arrives on 『magnetic highway for charged particles』. theregister. 2012-12-03 [2012-12-03].
- ^ 「航海家1號」：一趟永不回頭的星際旅行，新華網，2013年9月22日
- ^ 美宇航局確認航海家1號飛出太陽風影響範圍，亞太日報，2013年9月13日
- ^ 1960s. JPL. [August 18, 2013].
- ^ The Pioneer missions. NASA. 2007 [August 19, 2013].
- ^ Mack, Pamela. Chapter 11. From engineering science to big science: The NACA and NASA Collier Trophy research project winners. History Office. ISBN 978-0-16-049640-0.
- ^ Planetary voyage. [18 August 2013].
- ^ Jupiter. [18 August 2013].
- ^ NASA - Voyager Enters Solar System's Final Frontier
- ^ 美宇航局："旅行者1號"已飛出太陽系. 新華網. 2013-09-13 （中文（中國大陸））.
外部連結[編輯]
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| 飛越 |
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| 軌道衛星 |
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| 撞擊探測器 |
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| 未來計畫 |
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| 已取消計畫 |
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現役任務以粗體標示；括號內為發射年份，未來時間為預估發射年份
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| 飛越 |
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| 軌道衛星 |
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| 未來計畫 |
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| 參見 |
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現役任務以粗體標示；括號內為發射年份，未來時間為預估發射年份
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衛星和太空飛行器上的科學儀器
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