旅行者带来太阳系全家福

时间：2022-08-29 18:10:05 来源：千叶帆本文已影响人

　　1990年2月14日，“旅行者1号”探测器（以下简称“旅行者1号”）搭载的相机在沉寂了10年后被最后一次开启。随后，在远离地球59.5亿千米的地方，“旅行者1号”拍摄了60幅照片。运用这些照片，美国宇航局喷气动力实验室（位于美国加州）的科学家们创制出了迄今为止在距离地球最远处拍摄的太阳系全家福。这张全家图的背景很黑暗，背景中的地球一点也不像“阿波罗号”登月宇航员在月球上所见的发光蓝宝石一般的模样，而只是一个暗淡的蓝色小斑点，或者说只有一粒沙子那么大。而这个还不到1像素的毫不起眼的小点，竟然就是人类的家园。
　　1977年夏季和初秋，“旅行者2号”和“旅行者1号”相继离开地球。当时的美国总统是卡特，当时的大歌星多娜·萨默在咏唱爱情，一部鲜为人知的电影——《星球大战》竟然横扫票房，冥王星依然被认作是一颗大行星，而在其他恒星周围也有行星的观点仍属于一种纯理论。

“旅行者号”探测器模型。

　　两艘“旅行者号”完成了对木星、土星、天王星和海王星的造访，并且由此改变了我们对太阳系的认识。在一系列的飞近探测中，它们向我们证明：木星的伽利略卫星（均由伽利略率先发现）根本不是像我们的月球那样沉寂、没有空气，而是各有特点，各有奥秘。两艘“旅行者号”还显示，土星环并非像科学家以往所想的那样均衡，而是相當复杂，变化多端，其中有不少辐条结构和看似编织的结构。两艘“旅行者号”还让我们首次得以一瞥海蓝色的天王星和钴蓝色的海王星的真容。而在这之前用望远镜从地面看去，这两颗外太阳系行星不过是两个模糊、难辨的斑点。两艘“旅行者号”拍摄了52个天体的照片，其中23颗卫星是首次发现的。就算到了现在，把内太阳系远远抛在后面的两艘“旅行者号”，在向星际空间（恒星之间的“空旷”地带）推进的过程中，仍然继续在向地球传回数据。

淡蓝斑——地球

　　图中圆圈标识了“旅行者1号”所拍太阳系全家福中的淡蓝色斑点——地球。美国著名天文学家卡尔·萨根对这幅照片评论说：“那就是地球啊！那就是我们的家园！每一个你所爱的人，每一个你认识的人，每一个你听说过的人，每一个曾经存在过的人和依然存在的人，都在那里呀！”
　　

弹弓效应

　　两位实习生的贡献，让有关借助引力实现太空飞行的理念终于得以实现。
　　时间回溯到1961年5月，时任美国总统肯尼迪在美国国会发表“登陆月球”演讲，号召国家在1970年之前送宇航员登月。在这次演讲中，他还谈到要研发核动力火箭，从而能在某一天完成更雄心勃勃的任务——“或许是前往太阳系的边缘”。
　　当时，要想把飞行器送到如此远的地方被认为是连想都不敢想的事。使用常规化学火箭，飞行器要飞30年才能到达海王星，这超过当时任何飞行器的寿命。那时候流行的观点是，除非研发出某种形式的“高能”推进，否则前往外太阳系的任务就行不通。而当时喷气动力实验室的两位实习生——米诺维奇和弗兰多，打破了人们的这一悲观。
　　1962年，米诺维奇破解了传统机械学中的一个谜题：三体问题。三体问题描述的是两个天体的引力会影响第三个天体的轨迹。典型情况是，前两个天体是太阳和一颗行星，第三个天体是一颗卫星、彗星或小行星。一个大天体的引力能改变一个小天体的轨迹这个理念并不算新，天文学家多年来一直在目睹彗星轨道一次又一次被木星掰弯。问题在于：怎样精确预测第三个天体的轨迹将被怎样改变？

对借助引力理念贡献卓著的科学家米诺维奇。

　　米诺维奇不仅解决了这个问题，而且证明了这个效应可被应用于：只需要从地球发射时所需的燃料，而无需更多的燃料，就能让一艘飞行器穿越整个太阳系。为此，这艘飞行器只需在足够接近一颗行星的地方经过该行星，而且与该行星同方向环绕太阳，就能“盗取”这颗行星的一些动量。飞行器将以更快的速度被弹射到一个新方向，而行星本身的惯性几乎不受任何影响。由此，这一长期以来有关借助引力实现太空飞行（即引力援助）的理念终于得以实现。
　　时间很快就到了1965年。弗兰多注意到，在20世纪70年代末和80年代初，木星、土星、天王星和海王星将全部位于太阳系的同一侧，这种罕见的排列大约每176年才发生一次。在此期间，一艘飞行器借助引力就可以造访所有这四颗行星，并且飞抵海王星只需9年时间。在弗兰多公布自己的这些发现之后第二天，喷气动力实验室就发布新闻公报说，将执行前往外行星（外太阳系行星）的任务。“伟大旅程”理念由此诞生。
　　喷气动力实验室为此设计的是4艘飞船，外加轨道器和大气层探测器，总投资额高达9亿美元。美国国会认为这个投资过大，“伟大旅程”因此被取消。而“旅行者号”从该计划的“灰烬”中诞生了，这个缩减版的外太阳系探测任务只限于木星和土星，但美国宇航局的科学家们从未放弃过“伟大旅程”的设想。当时，科学家从1万条轨道中选取了两条：“旅行者1号”将经过木星、土星和最大的土卫泰坦，而“旅行者2号”除了造访木星和土星外，还将飞往天王星和海王星。两艘“旅行者号”的建造都考虑到了它们的遥远路途和长任务期，所以电池寿命必须保证几十年都还有充足的燃料以保持“旅行者号”的天线对准地球。此外，这也是首次程控飞行器能在太空自行飞行。

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