“旅行者號”破紀錄的宇宙飛船開始關閉電源

這些先驅探測器在太空執行近 45 年後仍在執行,但它們很快將失去一些儀器

NASA/JPL-Caltech

果星星沒有連成一線,那麼有史以來發射的 最非凡的宇宙飛船 中的兩艘永遠不會升空。 在這種情況下,星星實際上是行星——太陽系中最大的四顆行星。 大約 60 年前,它們正在緩慢地排列成陣列,上次出現這種情況是在 19 世紀初托馬斯·傑斐遜總統執政期間。 一段時間以來,這種罕見的行星排列場景在很大程度上被忽視了。 第一個引起人們注意的是加州理工學院一位名叫加里·弗蘭德羅的航空學博士生。

那是 1965 年,太空探索時代才剛剛開始——蘇聯僅在八年前發射了第一顆人造衛星“斯普特尼克 1 號”。 弗蘭德羅在 NASA 位於加利福尼亞州帕薩迪納的噴氣推進實驗室兼職工作,他的任務是找到將太空探測器送往木星,甚至可能到達土星、天王星或海王星的最有效方法。 他使用 20 世紀工程師最喜歡的精密工具——鉛筆——繪製了這些巨行星的軌道路徑,並發現了一些有趣的事情:在 1970 年代末和 1980 年代初,所有四顆行星都像珍珠一樣串在一條天項鍊上,形成一個與地球的長弧。

這種巧合意味著航天器可以從它經過的每顆巨行星的引力中獲得速度提升,就像被一根看不見的繩索拉著,然後在最後一秒斷裂,將探測器拋向它的目的地一樣。 弗蘭德羅計算出,重複的引力輔助(它們被稱為引力輔助)將地球和海王星之間的飛行時間從 30 年縮短到 12 年。 只有一個問題:這種排列每 176 年才發生一次。 為了在排列持續期間到達行星,航天器必須在 1970 年代中期發射。


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準備發射:“旅行者 2 號”在發射前在 NASA 噴氣推進實驗室進行測試()。 航天器於 1977 年 8 月 20 日升空。 圖片來源:NASA/JPL-Caltech

事實證明,NASA 將建造兩艘宇宙飛船來利用這種一生難得的機會。 “旅行者 1 號”和“旅行者 2 號”在各個方面都完全相同,於 1977 年夏季在 15 天內相繼發射。 在太空執行近 45 年後,它們仍在執行,每天從太陽系最遙遠的已知行星之外向地球發回資料。 它們比歷史上任何其他航天器都走得更遠,持續時間更長。 根據我們對太陽影響範圍與銀河系其餘部分之間邊界的最佳理解,它們已經穿越到星際空間。 它們是第一批做到這一點的由人類製造的物體,這一殊榮它們將至少保持幾十年。 總而言之,考慮到“旅行者”任務最初計劃只持續四年,這已經是一個不錯的記錄。

在它們旅行的早期,四十年前,“旅行者號”為震驚的研究人員提供了木星和土星衛星的第一批近距離檢視,揭示了天文學家認為會像我們自己的月球一樣惰性和佈滿隕石坑的世界上的活火山和裂縫冰原的存在。 1986 年,“旅行者 2 號”成為第一艘飛越天王星的宇宙飛船; 三年後,它飛越了海王星。 到目前為止,它是唯一一艘進行過此類旅程的宇宙飛船。 現在,作為開創性的 星際探測器,它們距離地球超過 120 億英里,它們同時以一系列關於那個未知區域的意外發現讓理論家們既高興又困惑。

它們非凡的奧德賽終於接近尾聲。 在過去的三年裡,NASA 已經關閉了加熱器和其他非必要元件,耗盡了航天器的剩餘能量儲備,以將其前所未有的旅程延長到 2030 年左右。 對於“旅行者”號的科學家們來說,他們中的許多人自任務開始以來就一直在為此工作,這是一個苦樂參半的時刻。 他們現在正面臨著一個遠超他們所有預期的專案的結束。*

“我們已經 44 年半了,”約翰·霍普金斯大學應用物理實驗室 (APL) 的物理學家拉爾夫·麥克納特說,他將自己職業生涯的大部分時間都奉獻給了“旅行者”號。 “所以我們已經完成了這些該死的東西 10 倍的保修期。”

星星可能一直在合作,但起初,國會並沒有。 在弗蘭德羅的報告之後,NASA 制定了一項所謂的“大巡遊”計劃,該計劃將向四顆巨行星和冥王星傳送多達五個探測器。 這很有野心。 這很昂貴。 國會否決了它。 “曾經有一個非常宏偉的願景,”JPL 行星科學家琳達·斯皮爾克說,她於 1977 年開始從事“旅行者”任務,那時離它們發射只有幾個月了。 “由於成本原因,它被削減了。”

國會最終批准了“大巡遊”的縮小版,最初稱為“水手號木星-土星 1977 號”或 MJS 77。 將向僅兩顆行星傳送兩艘宇宙飛船。 然而,NASA 的工程師們著手設計能夠承受更長時間任務嚴酷考驗的航天器,儘管有點偷偷摸摸。 他們希望一旦雙探測器證明了自己,它們的行程將被延長到天王星、海王星和更遠的地方。

“四年——那是主要任務,”蘇珊娜·多德說,她在離開“旅行者”團隊 20 年後,於 2010 年作為專案經理迴歸。 “但是,如果工程師可以選擇安裝一個貴 10% 的部件,但這不是四年任務所需要的,他們就會直接去做。 而且他們不一定會告訴管理層。” 她補充說,科學家們能夠建造兩艘宇宙飛船,而且這兩艘飛船仍在工作,這更加了不起。

就工程和深空導航而言,這都是新的領域。 “失敗不是一個選項”這句座右銘尚未被創造出來,而且在當時也不合適。 在 1960 年代初期,NASA 曾嘗試向月球發射一系列宇宙飛船,以勘測未來載人任務的著陸點。 在 12 次失敗之後,其中一項努力終於成功了。

金唱片:每艘“旅行者”號都攜帶一張金唱片(),其中包含來自地球的聲音和影像,以防宇宙飛船被外星文明攔截。 工程師在“旅行者 1 號”發射前給唱片蓋上蓋子()。 圖片來源: NASA/JPL-Caltech

“在那些日子裡,我們總是發射兩艘宇宙飛船”,唐納德·古爾內特說,他只是部分開玩笑。 古爾內特是愛荷華大學的物理學家,也是“旅行者”團隊的最初科學家之一,他曾參與過其他 40 項太空任務。 他在一月份去世前幾周與我交談過。 (在他的訃告中,他的女兒克里斯蒂娜說他唯一的遺憾是“他看不到未來 10 年來自‘旅行者’號的資料返回。”)

當“旅行者”號被建造時,只有一艘宇宙飛船使用引力輔助到達另一顆行星——“水手 10 號”探測器在前往水星的途中從金星獲得了一次引力輔助。 但是“旅行者”號將嘗試多次輔助,誤差幅度以十分鐘為單位。 木星,它們的第一個目的地,距離地球大約是水星的 10 倍。 此外,“旅行者”號將不得不穿越小行星帶。 在“旅行者”號之前,關於宇宙飛船是否能夠透過小行星帶“而不會被撕成碎片”存在很大的爭議,麥克納特說。 但在 1970 年代初期,“先驅者 10 號”和“11 號”毫髮無損地飛越了它——結果表明,小行星帶主要是空曠的空間——為“旅行者”號鋪平了道路,他說。

為了應對所有這些挑戰,“旅行者”號(每艘大約相當於一輛舊大眾甲殼蟲汽車的大小)需要一些車載智慧。 因此,NASA 的工程師為航天器的計算機配備了 69 千位元組的記憶體,不到典型智慧手機容量的十萬分之一。 事實上,智慧手機的比較並不完全正確。 “‘旅行者’號計算機的記憶體比您開啟車門的鑰匙鏈還要少,”斯皮爾克說。 航天器儀器收集的所有資料都將儲存在八軌磁帶錄音機上,然後透過 23 瓦的發射器傳送回地球——大約相當於冰箱燈泡的功率水平。 為了補償微弱的發射器,“旅行者”號都攜帶了 12 英尺寬的碟形天線來發送和接收訊號。

“當時感覺我們正處於技術的最前沿,”加州理工學院的物理學家艾倫·卡明斯說,他也是“旅行者 OG”之一。 “我告訴你,令人驚奇的是整個事情發生得多麼快。” 在四年內,MJS 77 團隊建造了三艘宇宙飛船,包括一個全尺寸的功能測試模型。 在發射前幾個月,宇宙飛船被重新命名為“旅行者 1 號”和“2 號”。

儘管在過去的幾十年裡,許多科學家都在“旅行者”號上工作過,但卡明斯可以提出一個獨特的宣告。 “我是發射前最後接觸宇宙飛船的人,”他說。 卡明斯負責兩個探測器,用於測量“旅行者”號遇到巨行星時電子和其他帶電粒子的通量。 粒子將透過每個探測器上的一個小“視窗”,該視窗由僅三微米厚的鋁箔組成。 卡明斯擔心,在宇宙飛船上工作的技術人員可能會不小心使視窗凹陷或戳破孔洞。 “所以它們需要在發射前進行檢查,”他說。 “事實上,我發現其中一個有點鬆動。”

圖片來源:Matthew Twombly 和 Juan Velasco 的圖表(5W 資訊圖); 顧問:John Richardson(首席研究員,麻省理工學院空間研究中心“旅行者”號等離子體科學)和 Merav Opher(波士頓大學天文系教授)

Map shows Voyager 1 and 2 trajectories from launch (1977) through today. Both spacecraft have exited the heliosphere.

圖片來源:Matthew Twombly 和 Juan Velasco 的圖表(5W 資訊圖); 顧問:John Richardson(首席研究員,麻省理工學院空間研究中心“旅行者”號等離子體科學)和 Merav Opher(波士頓大學天文系教授)

“旅行者 1 號”在發射 546 天后於 1979 年 3 月到達木星。 “旅行者 2 號”沿著不同的軌跡,於當年 7 月到達。 這兩艘宇宙飛船都設計為維迪康相機的穩定平臺,維迪康相機使用紅色、綠色和藍色濾光片來生成全綵色影像。 當它們在太空中高速飛行時,它們幾乎不會旋轉——它們的旋轉運動比時鐘時針的爬行速度慢 15 倍以上,從而最大限度地降低了影像模糊的風險。 當宇宙飛船開始傳輸木星的第一批照片時,JPL 的站立人群觀看了,當時它們距離木星還有大約三到四個月的路程。

“在所有的主會議室和走廊裡,他們都設定了這些電視監視器,”斯皮爾克說。 “因此,當資料逐行下降時,每張照片都會出現在監視器上。 當我們真正非常接近時,越來越強烈的期待和對我們將要看到的東西的期望——那真是太令人興奮了。”

卡明斯生動地回憶起他第一次瞥見木星第三大衛星木衛一的那天。 “我正要去加州理工學院校園裡的一棟建築,他們在那裡直播 [‘旅行者’號的影像],”他說。 “我走進去,那裡有一張木衛一的大照片,它是橙色和黑色的。 我想,好吧,加州理工學院的學生們惡作劇了,這是一張做得不好的披薩的照片。”

木衛一色彩鮮豔的外觀完全出乎意料。 在“旅行者”號證明事實並非如此之前,人們的假設是太陽系中所有的衛星都大致相同——單調乏味且佈滿隕石坑。 沒有人預料到“旅行者”號會在木星和土星周圍發現如此狂野的衛星景觀多樣性。

當“旅行者”號距離木星仍有大約一百萬英里時,第一個暗示天空中可能存在比天文學家夢想的更多種衛星的跡象出現了。 它們的儀器之一——低能帶電粒子 [LECP] 探測器系統——接收到一些異常訊號。 “我們開始看到氧離子和硫離子撞擊探測器,”設計 LECP 的斯塔馬蒂奧斯·克里米吉斯說,他現在是約翰·霍普金斯大學 APL 空間系的榮譽主管。 與迄今為止測量的水平相比,氧離子和硫離子的密度提高了三個數量級。 起初,他的團隊認為儀器發生了故障。 “我們仔細檢查了資料,”克里米吉斯說,“但沒有任何問題。”

“旅行者”號的相機很快解開了謎團:木衛一有活火山。 這個小世界——它略大於地球的衛星月球——現在被認為是太陽系中火山活動最活躍的天體。 “我們當時知道的唯一活火山是在地球上,”自 1972 年以來一直擔任“旅行者”任務專案科學家的愛德華·斯通說。 “而這裡突然出現了一顆衛星,它的火山活動是地球的 10 倍。” 木衛一的顏色——以及撞擊克里米吉斯探測器的異常離子——來自衛星火山噴發出的元素。 木衛一最大的火山,被稱為佩萊火山,噴出的羽流高度是珠穆朗瑪峰的 30 倍; 來自佩萊火山的碎片覆蓋了大約法國大小的區域。

這對雙子宇宙飛船在太陽系的巨行星中進行了一次盛大的巡遊,途經木星(12)和土星(56),並首次近距離觀察了這些行星的衛星。 例如,木星的衛星木衛二(3)被冰覆蓋,而木衛一(4)則佈滿了火山——這些發現讓科學家們感到驚訝,他們曾假設衛星會像地球的衛星一樣呈灰色且佈滿隕石坑。 “旅行者 2 號”繼續飛越天王星(7)和海王星(8),它仍然是唯一訪問過那裡的探測器。 圖片來源:NASA/JPL(124568); NASA/JPL/USGS (3); NASA/JPL-Caltech (7)

總之,“旅行者”號拍攝了超過 33,000 張木星及其衛星的照片。 感覺每張照片都帶來了一個新的發現:木星有環; 木衛二,木星 53 顆已命名的衛星之一,被一層破裂的冰殼覆蓋,現在估計有 60 英里厚。 當宇宙飛船離開木星系統時,它們從引力輔助中獲得了每小時 35,700 英里的告別加速。 沒有它,它們將無法克服太陽的引力併到達星際空間。

在土星,“旅行者”號分道揚鑣。 “旅行者 1 號”高速穿過土星環(受到來自塵埃顆粒的數千次撞擊),飛越了被橙色煙霧籠罩的衛星泰坦,然後“向北”飛出行星平面。 “旅行者 2 號”獨自繼續前往天王星和海王星。 1986 年,“旅行者 2 號”在天王星周圍發現了 10 顆新衛星,並將這顆行星新增到不斷增長的環狀世界名單中。 然而,就在“旅行者 2 號”最接近天王星四天後,它的發現就被太空梭“挑戰者號”在發射後不久爆炸的事件所掩蓋。 “挑戰者號”的全部七名機組人員遇難,其中包括來自新罕布什爾州的高中教師克里斯塔·麥考利夫,她本將成為第一位進入太空的平民。

三年後,“旅行者 2 號”從海王星蔚藍色的甲烷大氣層上方約 2,980 英里處經過,測量到太陽系中任何行星的最高風速:高達 1,000 英里/小時。 海王星最大的衛星海衛一被發現是太陽系中最冷的地方之一,表面溫度為零下 391 華氏度(零下 235 攝氏度)。 衛星上的冰火山向其大氣層噴射出氮氣和粉末狀顆粒,高度達五英里。

如果不是因為天文學家卡爾·薩根(他是任務成像團隊的成員),“旅行者 2 號”拍攝的海王星及其衛星影像本將是這兩艘宇宙飛船拍攝的最後影像。 隨著“大巡遊”正式完成,NASA 計劃關閉兩個探測器上的相機。 儘管任務已經延長,希望“旅行者”號能夠到達星際空間——它已被正式更名為“旅行者星際任務”——但在海王星之後將不會有拍照機會,只有無盡的虛空和遙不可及的恆星。

噴發:在這張來自“旅行者 1 號”的照片中顯示的佩萊火山的發現證實了木星的衛星存在活躍的火山活動。 圖片來源: NASA/JPL/USGS

薩根敦促 NASA 官員讓“旅行者 1 號”傳輸最後一組影像。 因此,在 1990 年的情人節,探測器將其相機重新對準太陽系內部,並拍攝了最後的 60 張照片。 其中最令人難忘的一張,被薩根譽為 “暗淡藍點”,從 38 億英里外捕捉到了地球。 它仍然是我們星球有史以來最遙遠的肖像。 在從相機光學元件反射的微弱陽光的籠罩下,地球在影像中幾乎看不見。 它甚至沒有佔據一個完整的畫素。

斯皮爾克說,1996 年去世的薩根“非常努力地說服 NASA,回頭看看我們自己是值得的”,“並看到那個暗淡藍點是多麼的渺小。”

現在,兩艘“旅行者”號都離地球太遠了,以光速傳播的單向無線電訊號需要將近 22 小時才能到達“旅行者 1 號”,而追上“旅行者 2 號”則需要 18 小時多一點。 它們每天都以另外三到四個光秒的速度遠離。 它們與地球的唯一聯絡是 NASA 的深空網路,這是一個由三個跟蹤站組成的網路,分佈在全球各地,可以在地球旋轉時實現與宇宙飛船的不間斷通訊。 隨著“旅行者”號在空間和時間上離我們越來越遠,它們的訊號變得越來越微弱。 澳大利亞堪培拉深空網路設施的外聯和通訊經理格倫·納格爾說:“地球是一個嘈雜的地方。” “收音機、電視、手機——一切都會發出噪音。 因此,越來越難聽到來自宇宙飛船的這些微弱的耳語。”

儘管這些耳語很微弱,但它們顛覆了天文學家對“旅行者”號進入任務的星際階段後會發現什麼的預期。 我與之交談的斯通和其他“旅行者”號科學家告誡我不要將星際空間的邊界與太陽系的邊界混淆。 太陽系包括遙遠的奧爾特雲,這是一個由彗星狀天體組成的球形集合,受太陽引力束縛,可能延伸到離最近恆星一半的路程。 “旅行者”號至少在 300 年內不會到達它的近邊緣。 但星際空間離我們近得多。 它始於被稱為太陽風的現象結束的地方。

像所有恆星一樣,太陽會發出持續不斷的帶電粒子和磁場流——太陽風。 太陽風以超音速移動,像充氣的氣球一樣從太陽向外吹,形成天文學家所稱的太陽圈。 當太陽風湧入太空時,它會拉動太陽的磁場一起前進。 最終,來自星際物質的壓力阻止了太陽圈的膨脹,形成了一個邊界——前面是一個巨大的衝擊波陣面,即“終端激波”——與星際空間相連。 在“旅行者”號旅行之前,對星際空間邊界(稱為日球層頂)的距離估計差異很大。

“坦率地說,其中一些只是猜測,”古爾內特說。 一項早期的猜測將日球層頂定位在離木星很近的地方。 古爾內特自己在 1993 年進行的計算將距離設定在 116 到 177 天文單位之間,大約是 25 倍的距離。 (一天文單位是地球和太陽之間的距離,等於 9300 萬英里。) 他說,這些數字在他的同事中不是很受歡迎。 到 1993 年,“旅行者 1 號”的里程錶上已經有 50 天文單位了。 “如果 [日球層頂] 在 120 天文單位處,那就意味著我們還有 70 天文單位要走。” 如果古爾內特是對的,“旅行者”號以每年約 3.5 天文單位的速度前進,至少在未來二十年內不會離開太陽圈。

這一預測引發了令人不安的問題:國會是否會支援“旅行者”號持續那麼長時間? 該任務的資金延長是基於宇宙飛船將在大約 50 天文單位處穿過日球層頂的預期。 但是宇宙飛船已經超過了那個里程碑,而沒有發現任何預期的星際過境跡象。 天文學家曾預計“旅行者”號會探測到銀河宇宙射線(來自超新星和其他深空災難,像彈片一樣以接近光速的速度噴射出來的高能粒子)的突然激增。 由太陽圈形成的巨大磁繭會偏轉大部分低能宇宙射線,使其無法到達太陽系內部。 斯通說:“[它] 至少保護我們免受 75% 的外部物質的侵害。”

“旅行者”號地面團隊也在等待宇宙飛船記錄到主要磁場的轉變。 星際磁場被認為是由附近的恆星和巨大的電離氣體雲產生的,據推測,它的方向與太陽圈的磁場不同。 但“旅行者”號沒有探測到這種變化。

圖片來源:Matthew Twombly 和 Juan Velasco 的圖表(5W 資訊圖); 顧問:John Richardson(首席研究員,麻省理工學院空間研究中心“旅行者”號等離子體科學)和 Merav Opher(波士頓大學天文系教授)

古爾內特 1993 年的估計是具有先見之明的。 將近 20 年過去了,“旅行者”號中的一艘才最終到達日球層頂。 在此期間,該任務勉強倖存下來,躲過了對其資金的威脅,“旅行者”號團隊也從數百名科學家和工程師縮減到幾十名關係密切的終身員工。 他們中的大多數人今天仍在職。 斯皮爾克說:“當你的任務持續如此之久時,你就會開始把人們視為家人。” “我們的孩子幾乎在同一時間出生。 我們會一起去度假。 我們現在跨越了好幾代人,‘旅行者’號上的一些年輕人甚至在 [宇宙飛船] 發射時都還沒有出生。”

這群兄弟姐妹的韌性和奉獻精神在 2012 年 8 月 25 日得到了回報,當時“旅行者 1 號”終於穿過了日球層頂。 但它返回的一些資料令人困惑。 卡明斯說:“我們推遲宣佈我們已經到達星際空間,因為我們無法就這一事實達成一致。” “大約有一年的時間進行了很多爭論。”

儘管“旅行者 1 號”確實發現了預期的等離子體密度躍升——它的等離子波探測器(古爾內特設計的一種儀器)推斷出了 80 倍的增加——但沒有跡象表明環境磁場的方向發生了變化。 如果宇宙飛船已經從太陽磁場滲透的區域穿越到一個磁場來自其他恆星的區域,那麼這種轉變不應該很明顯嗎? 卡明斯說:“那真是令人震驚。” “這仍然困擾著我。 但很多人正在逐漸接受它。”

當“旅行者 2 號”在 2018 年 11 月到達星際海岸線時,它也沒有探測到磁場的變化。 而且,宇宙飛船又增加了一個謎題:它在距離地球 120 天文單位處遇到了日球層頂——與它的雙胞胎六年前標記的距離相同。 這與任何理論模型都不符,所有模型都說日球層頂應該與太陽的 11 年週期同步擴張和收縮。 在那段時間裡,太陽風有漲有落。 “旅行者 2 號”到達時正值太陽風達到頂峰,如果模型正確的話,這應該會將日球層頂推得比 120 天文單位更遠。 克里米吉斯說:“所有理論家都感到意外。” “我認為就‘旅行者’號的發現而言,建模已被發現不足。”

既然“旅行者”號正在為理論家們提供一些真實的現場資料,他們關於太陽圈和星際環境之間相互作用的模型正變得越來越複雜。 亨茨維爾阿拉巴馬大學的天體物理學家加里·贊克說:“一般情況是,[我們的太陽] 從一個炎熱的電離區域中出現”,並進入銀河系中一個斑駁的、部分電離的區域。 炎熱區域很可能是在超新星爆發後形成的——一些附近的古代恆星,或者可能是幾顆恆星,在其生命的盡頭爆炸並加熱了空間,在此過程中剝離了原子上的電子。 圍繞該區域的邊界可以被認為是“有點像海邊,到處都是水和波浪在漩渦和混合。 我們正處於那種湍流區域……磁場被扭曲、翻轉。 它不像理論家通常喜歡繪製的那種平滑磁場”,儘管看到的湍流程度可能因觀測型別而異。 “旅行者”號的資料顯示,在大尺度上幾乎沒有場變化,但在日球層頂周圍有許多小尺度波動,這是由太陽圈對星際介質的影響造成的。 有人認為,在某個時候,宇宙飛船將離開那些洶湧的淺灘,最終遇到純粹的星際磁場。

或者,也許這張圖景完全是錯誤的。 一些研究人員認為,“旅行者”號尚未離開太陽圈。 密歇根大學的空間等離子體科學家、前 NASA 局長倫·A·菲斯克說:“太陽圈和星際介質中的磁場沒有理由具有完全相同的方向。” 在過去的幾年裡,菲斯克和密歇根大學的同事、長期從事“旅行者”任務的科學家喬治·格洛克勒一直在研究一個太陽圈模型,該模型將其邊緣向外推了 40 天文單位。

然而,該領域的大多數人都被“旅行者”號測量的銀河宇宙射線和等離子體密度的急劇上升所說服。 卡明斯說:“鑑於此”,“很難辯稱我們實際上不在星際空間中。 但話又說回來,並非一切都那麼吻合。 這就是為什麼我們需要星際探測器。”

麥克納特幾十年來一直在推動這項任務。 他和他在約翰·霍普金斯大學的同事最近完成了一份近 500 頁的報告,概述了星際探測器的計劃,該探測器將於 2036 年發射,並有可能在 15 年內到達日球層頂,比“旅行者 1 號”的飛行時間縮短 20 年。 而且,與“旅行者”任務不同,星際探測器的設計目的就是專門研究日球層頂的外邊緣及其周圍環境。 在未來兩年內,美國國家科學、工程和醫學院將決定該任務是否應成為 NASA 未來十年的優先事項之一。

星際探測器可以回答關於日球層頂最基本的問題之一。 麥克納特問道:“如果我從外面看,這個結構到底是什麼樣子的?” “我們真的不知道。 這就像試圖從金魚的角度瞭解金魚缸是什麼樣子的。 我們[需要]能夠從外面看到碗。” 在某些模型中,當太陽圈以 450,000 英里/小時的速度巡航時,星際物質會像船首周圍的水一樣平穩地流過它,從而形成整體彗星狀。 波士頓大學的天文學家梅拉夫·奧弗及其同事最近開發的一個計算機模型預測,更湍流的動力學使日球層頂呈現出宇宙羊角麵包的形狀。

麥克納特說:“你可以在任何好的科學會議上就此引發多場爭論”,“但這需要到那裡實際進行一些測量才能看到發生了什麼。 瞭解附近的環境是什麼樣子會很好。”

有些東西會過時——答錄機、錄影機、便士。 “旅行者”號卻不是——它們超越了自己的目的,使用了 50 年前的技術。 克里米吉斯說:“這些儀器上的軟體量少之又少。” “沒有微處理器——它們不存在!” “旅行者”號的設計者不能依賴數千行程式碼來幫助操作宇宙飛船。 克里米吉斯說:“總的來說”,“我認為這項任務持續如此之久是因為幾乎所有東西都是硬連線的。 今天的工程師不知道如何做到這一點。 我不知道現在是否有可能建造如此簡單的宇宙飛船[現在]。“旅行者”號是同類中的最後一個。”

與這些開拓性的航天器告別並非易事。 卡明斯說:“看到它走向終結,真是令人難過。” “但我們確實取得了一些非常了不起的成就。 可能我們永遠無法到達日球層頂,但我們做到了。”

“旅行者 2 號”現在有 5 個剩餘的功能儀器,“旅行者 1 號”有 4 個。 所有儀器都由一種裝置供電,該裝置將鈽放射性衰變產生的熱量轉化為電力。 但隨著功率輸出每年減少約 4 瓦,NASA 不得不進入緊急狀態。 兩年前,任務工程師關閉了宇宙射線探測器的加熱器,該探測器對於確定日球層頂的過境點至關重要。 每個人都預計儀器會失效。

斯皮爾克說:“溫度下降了 60 或 70 攝氏度,遠遠超出任何測試的執行限制”,“但儀器仍在工作。 這真是不可思議。”

最後兩個關閉的“旅行者”號儀器可能是磁力計和等離子體科學儀器。 它們包含在航天器的機身中,在那裡它們被計算機散發的熱量加熱。 其他儀器懸掛在一個 43 英尺長的玻璃纖維臂杆上。 多德說:“因此,當你關閉加熱器時”,“這些儀器會變得非常非常冷。”

“旅行者”號還能持續多久? 斯皮爾克說:“如果一切順利,也許我們可以將任務延長到 2030 年代。” “這完全取決於電力。 這是限制因素。”

微小的斑點:“旅行者 1 號”的最後照片之一是從 38 億英里外拍攝的地球照片,被“旅行者”號科學家卡爾·薩根稱為“暗淡藍點”。 圖片來源:NASA/JPL-Caltech

即使在旅行者號完全靜默後,它們的旅程仍將繼續。再過 16,700 年,旅行者 1 號將飛掠離我們最近的恆星鄰居比鄰星,旅行者 2 號將在 3,600 年後也飛掠那裡。然後它們將繼續在銀河系中環繞數百萬年。即使在我們的太陽坍縮,太陽圈不復存在之後,更不用說那顆暗淡藍點,它們仍將在那裡,或多或少完好無損地存在無數個時代。在它們旅程的某個時刻,它們可能會設法傳遞最後的資訊。這不會透過無線電傳輸,如果資訊被接收到,接收者也不會是人類。

該資訊承載在另一種復古技術上:兩張唱片。但不是你常見的塑膠版本。這些唱片由銅製成,鍍金並密封在鋁製外殼中。正如被稱為金唱片的凹槽中所編碼的那樣,其中包含影像和聲音,旨在傳遞旅行者號所來自的世界的一些資訊。其中有兒童、海豚、舞者和日落的圖片;蟋蟀、雨滴和母親親吻孩子的的聲音;以及 90 分鐘的音樂,包括巴赫的勃蘭登堡協奏曲第二號和查克·貝里的“約翰尼·B·古德”。

還有一份來自吉米·卡特的訊息,他在旅行者號發射時是美國總統。“我們將這份訊息投向宇宙,”訊息部分寫道。“我們希望有一天,在解決了我們面臨的問題之後,能夠加入銀河文明社群。這張唱片代表了我們的希望和決心,以及我們在浩瀚而令人敬畏的宇宙中的善意。”

*編者注(6/22/22):此段在釋出後經過編輯,以更正關於 NASA 何時開始關閉旅行者號飛船非必要元件的描述。

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