旅行者1探测器的飞行历史

旅行者1原计划属于水手计划中的水手11,其设计采用了当时的重力加速新技术。幸运的是,这次任务恰好遇到了176的千载难逢的行星几何排列。飞船只需要少量燃料进行通道修正,其余时间可以靠各星球引力加速。宇宙飞船可以访问太阳系中的四个气体行星:木星、土星、天王星和海王星。两艘姊妹船,航海家1号和航海家2号,就是为这一机会而设计的,它们的发射时间经过计算,以充分利用这一机会。多亏了这个机会,两艘飞船访问四颗行星只需要12年,而不是通常的30年。

旅行者1于1977年9月5日在佛罗里达州卡纳维拉尔角由泰坦3 E半人马座火箭发射升空。同年8月20日旅行者2号发射后不久。虽然发射时间比2号晚,但它被发射到了更快的轨道上,让它比2号更快一点到达木星和土星,起初,因为泰坦3 E火箭第二阶段燃烧过程中有大约一秒钟的燃烧不充分,地面工作人员曾担心飞船无法到达木星。幸运的是,后来证实半人马座上层仍有足够的燃烧。旅行者1发射后,木星的拍摄在1979和1开始第一次。同年3月5日,距离木星最近,距离木星中心仅34.9万公里。由于这样的短距离飞行,飞船得以在48小时的短距离飞行中深入了解木星的卫星、光环、磁场和辐射环境,并拍摄高分辨率照片。整个拍摄过程最终于4月份完成。

这两个航天器对木星及其卫星做出了许多重要的发现,最令人惊讶的是发现了木卫一上的火山活动。这在当时的地球上是没有观测到的,连先驱者10和11都没有。

成功利用木星引力后,飞船向土星进发。旅行者1在6月1980+065438+10月经过土星,它在6月112最接近土星,在土星最高云124000公里(77000英里)之内。

离开土星后,航海家1被美国国家航空航天局描述为一次去阿斯特拉的任务。据估计,两艘旅行者飞船上的电池可以提供足够的电力来操作船上的一些仪器,直到2025年。(注:下表中的“停止数据终端运行”表示只有70m/34m天线阵列可以接收每秒1.4比特的数据。喷气推进实验室的科学家们正在利用搭载的等离子体波实验来验证日光层顶的存在。

喷气推进实验室收到了旅行者1的报告:探测器上低能带电粒子计的数据显示,当太阳发出的低能带电粒子流到达旅行者1所在的位置时,其速度已经降到了零。2011年2月,太阳风已经开始停滞。2013 9月12日,美国国家航空航天局官方证实,旅行者1探测器已经成功飞出太阳系,进入星际空间。进入星际空间,旅行者1需要4万年才能到达下一个行星系统。因此,正如已故美国天文学家、科普作家卡尔·爱德华·萨根所说,只有星际空间存在能够进行太空旅行的高级生命,探测器上的记录才能符合目标,才能被播放。但卡尔还是高度评价了此举的意义。他说:“把这个东西发射到浩瀚的宇宙中,说明这个星球(地球)上生命的未来还是很有希望的。”

在这个过程中,卡西尼探测器的离子和中性粒子质谱仪发挥了巨大作用。这台粒子质谱仪的数据从未公开过,主要功能是收集太阳系外进入太阳系的中性粒子的数据。马里兰州约翰·霍普金斯大学的应用物理实验室也只是在分析卡西尼探测器磁层分析仪和离子与中性粒子质谱仪的数据,结合旅行者1在太阳系边缘的带电粒子分布。这是地球与太阳系边界的一次信息交换,也是旅行者1第一次提前到达过渡带。10月7日2011,165438,航行者1位于赤经17.184,赤纬12.14,黄道34。无线电信号以光速在飞船和地球之间传递大约需要16.438+03小时。(比如离太阳最近的恒星——半人马座比邻星,距离地球约4.2光年,也就是265000个天文单位)旅行者1的相对速度是17.062公里/秒或61.452公里/小时(约38185英里/小时)。这个速度大约是每年3.599个天文单位,比姐妹航海家2号快10%。。旅行者1号并没有前往任何特定的星座。以这个方向和速度,4万年后会经过距离1.6光年的AC+79 3888星蛇夫座,7.36万年后会经过比邻星半人马座。一般来说,这颗恒星正以每秒119公里的速度向太阳系移动。美国国家航空航天局每天都用深空网络跟踪旅行者1。这个网络将利用旅行者1的无线电信号测量高度和方位角,还可以测量地球与旅行者1之间的距离。

2006年3月31日,德国的AMSAT(业余无线电卫星通信组织)跟踪接收到航海家1的数据。他们在波鸿使用了20米的碟形天线,采用了长观测时间技术。后来,这些数据与西班牙马德里深空网络观测站获得的数据进行了核对和核实。

2012 6月17日,美国加州美国国家航空航天局喷气推进实验室发表声明称,1977年发射的旅行者1探测器发回的数据显示,它已经到达太阳系边缘。这个已经在太空中独自旅行了35年的探测器,有望成为第一个离开太阳系的人造物体。如果排除消息传播的时间,旅行者1到达太阳系边缘的时间是2012年5月。

航天局表示,在过去三年中,旅行者1上携带的两台高能望远镜接收到越来越多的宇宙射线,上个月,来自太阳系外的宇宙射线数量急剧增加。此外,探测器感应到的高能粒子数量也发生了变化,这些源自太阳的粒子数量有所减少。基于这些数据,项目科学家得出结论,“人类向星际空间发送的第一个信使已经在太阳系边缘”。

旅行者1越接近太阳风的边缘,越多的宇宙粒子穿透探测器上的过滤器。2012年5月7日,这种现象突然加剧。到了7月初,稳定下来,只能解释为旅行者1穿过了太阳系和星际物质的边界。理论上认为它是一个狭窄不稳定的区域,称为‘太阳平流层’。探测器飞出太阳系的那一刻令人激动,因为这是第一次人造物体离开太阳系。

如果美国国家航空航天局的测量工具确认旅行者1飞出了太阳系,我们将最终知道太阳系的确切体积。已知其厚度约为0.5个天文单位(1个天文单位是地球到太阳的平均距离,约为1.5亿公里),其与太阳的距离为1.20个天文单位。据悉,旅行者1已经完全飞出了太阳系,但专家称旅行者1飞出太阳系是通过误读和误译实现的。

据悉,“旅行者1”探测器已经离开太阳系,到达太阳系外恒星间空旷的星际空间一年多,成为第一个离开太阳系的人造探测器。北京天文馆馆长朱进的第一反应是不可能:飞出太阳系肯定是翻译问题,翻译的不太对。它应该离太阳系很远,至少要飞出去3万年。

在美国国家航空航天局的网站上,关于旅行者号的报道一直下来,但没有看到飞出太阳系的原话。美国国家航空航天局确实说过这是一次历史性的航行,但它飞入了星际空间。

朱进说,其实关于旅行者号飞出太阳系的传闻已经不是第一次出现了。之前国内外媒体也有过这样的误解。

虽然我们在有生之年无法等到旅行者飞出太阳系,但这并不意味着它的旅行没有意义。虽然浩瀚的宇宙让我们地球上发生的一切都像茶杯里的风暴,但这种蜗牛般的探索却代表了人类的无限追求。

中国空间技术研究院研究员庞之浩:美国国家航空航天局有三个标准,但是天文学界有自己的标准,看用什么标准。美国国家航空航天局的标准之一是太阳的辐射粒子大大减少了飞行面积,第二个标准是太阳系外的低能宇宙射线大大增加了,第三个标准是磁场发生了明显变化。按照这个标准,它可以飞出太阳系。但如果按照一些天文圈子,你是飞不出去的作为迄今为止唯一闯入星际空间的人造飞船,美国国家航空航天局的旅行者1探测器经历了三次冲击波的洗礼。之前的冲击波帮助科学家确定旅行者1已经进入星际空间。最近的冲击波开始于2065438+2004年2月,似乎还在继续。

根据最新观测结果,旅行者1在今年年初经历的“海啸波”仍在向外扩散。这是科学家在星际空间观测到的最持久的冲击波。

美国爱荷华大学物理学教授唐·古尔内特(Don Gurnett)说:“大多数人过去认为星际介质应该是均匀安静的。但这些冲击波似乎比我们之前想象的更常见。”65438年2月15日在旧金山召开的美国地球物理学会年会上,Gnet介绍了最新的观测数据。

之所以会出现这样的“海啸波”,是因为太阳会爆发日冕物质抛射,从太阳表面喷出一大片带有磁场的等离子云。这个过程会产生压力波。当这种压力波撞击星际空间的等离子体时,会产生冲击波,扰动星际介质。

旅行者号任务的科学家、加州理工学院的成员埃德·斯通(Ed Stone)说:“这样的‘海啸’会导致那里的电离气体振荡,就像一个铃铛,它会响。”

这是旅行者1经历的第三次冲击波。第一次冲击波发生在2012年6月到110年6月,第二次冲击波发生在2013年4月到5月,揭示了星际空间的等离子体密度越来越高。最近一次冲击波是旅行者1在今年2月观测到的,截止到11的数据显示,这次冲击波还在继续。在此期间,“航行者1”已经飞行了4亿公里。

美国国家航空航天局戈达德航天中心的退休天体物理学家伦纳德·布拉加(Leonard Burlaga)说:“这一惊人事件提出了新的问题,并将激励科学家对星际介质中冲击波的性质进行新的研究。”布拉格分析了旅行者1发回的磁场数据,这是得到这些结构的关键。

这么长时间,科学家还不知道这种“海啸波”意味着什么。他们不知道海浪移动的速度有多快,也不知道它覆盖的面积有多大。

旅行者1在2013年经历的第二次“海啸波”帮助科学家最终确定探测器已经离开日光层。所谓“日光层”,是指太阳风吹出的大气泡,这些气泡围绕着太阳,包裹着太阳系的所有行星。当时“旅行者1”更频繁地穿越由密度更大的等离子体组成的“环带”,物质密度比之前测得的高40倍。正是这些数据,让科学家们最终得出结论,“旅行者1”进入了一个全新的领域——以前没有任何航天器进入过的星际空间。

“旅行者1飞得越远,等离子体密度就越高,”柊司说。“这是因为星际介质本身密度越来越大,还是受到了这种冲击波的影响?我们还不知道。”

作为旅行者1上等离子体波探测设备的首席研究员,Gnet预测这样的冲击波会传播到太空中很远的地方,甚至比现在的旅行者1离太阳远1倍。

旅行者1和旅行者2号都是在1977年发射升空的。两个探测器都飞过木星和土星。旅行者2号也飞过天王星和海王星。旅行者2号比旅行者1号早发射16天,是目前运行时间最长的航天器,有望在未来几年进入星际空间。2015年,旅行者1号的磁感应系统发回了很多异常信号。相关科学家解释说,旅行者1号飞船正在通过某种介质进行磁场转换,这种变化非常鲜明。这可能意味着旅行者1号正在或已经脱离太阳系,进入太空!

此外,还有证据表明旅行者1号已经离开了太阳系。这是它捕获的光线的转换,从ACR光线到GCR光线,这些光线通常来自太阳系以外的地方。

据悉,旅行者1号的速度为17.043km/s,根据之前的计算,它应该在2012年8月离开太阳系进入太空。由于一些不为人知的原因,在此之前它还在太阳的磁场中,但已经处于非常边缘的位置。旅行者1号上携带的两个核电池将支持它连续工作到2025年,之后,也许人类会与它失去联系。而它会像一个漂流瓶,独自走向宇宙深处,直到被另一个人捡到。