與旅行者1號相比,2號幾乎被人遺忘,它如今到哪兒了?

旅行者1號和2號是一對姊妹探測器,因此本文會將她們擬人化相稱,各位請勿見怪。

作為大姐的旅行者1號是目前向太陽系外深空飛去的五艘探測器中,飛得最快、最遠的一艘,因此得到了無數的聚焦和關注,而2號小妹卻一直隱藏在老姐的光芒里,有點被人忽略甚至遺忘了。

旅行者1號現在離開太陽的相對速度為每秒16.9公里,距離我們已經超過233億公里了;而旅行者2號現在的相對速度只有每秒15.3公里,距離我們194億公里。事實上,旅行者2號發射得更早,現在卻走在了后面,這是為什麼呢?

今天我們就來了解一下這位幾乎被人遺忘的小妹一路的經歷。

妹妹更早出發

其實旅行者1號和2號探測器,原本是「水手計劃」的后續部分,叫水手號11號和12號。「水手計劃」從1962年7月22日發射水手1號,先后發射了10艘水手號探測器,其中3艘失敗,7艘成功。這些探測器先后探測了金星和火星,為人類取得了許多這些行星的資料和照片,這里不展開說了。

大概是NASA覺得對太空探索已經進入了一個新階段,水手號的稱呼已經不能與新的任務相匹配了,故將水手11號和12號的名字改為旅行者1號和2號。這兩艘執行全新任務的姊妹探測器將首次巧妙地利用巨大行星的引力彈弓效應,提速并適時改變軌道,從而達到探測多顆行星及其衛星的目的,并在完成太陽系探測任務后飛出太陽系!

而之所以選擇在1977年發射,是因為這一年太陽系外圍幾顆氣態巨行星會難得的連成一線,這種機會要175年才有一次,因此NASA的科學家們抓住了這個時機一箭雙雕:讓發射的探測器有可能一路借用行星引力,獲得額外的動力和速度,還能夠一次探測多顆行星。

而一次發射兩顆幾乎一樣的姊妹探測器,官方的說法是為了保險起見。

因此兩艘探測器的配置幾乎一模一樣,可以說是孿生姐妹。她們各重815公斤,配置有宇宙射線傳感器、紫外光譜儀、光偏振儀子系統、等離子體傳感器、磁強計、廣角和窄角電視攝像儀、紅外干涉儀等11種科學儀器,主要動力都是三塊放射性同位素溫差發電機,也可以稱為核電池。

原本先行發射的旅行者1號因故障推遲了發射,這樣旅行者2號就先行一步,于1977年8月20日發射成功,離開地球;而旅行者1號則到1977年9月5日發射成功,比妹妹晚出發了16天時間。

那麼為啥旅行者1號后來居上,飛到了妹妹之前呢?

這是因為姊妹倆選擇了不同的飛行方式和路線

在太陽系,旅行者1號主要探測了木星和土星兩顆行星,就向太陽系外飛去了;妹妹2號則探索了木星、土星、天王星、海王星四顆巨行星,還探測了木星、土星若干顆衛星和海王星的衛星海衛一,在太陽系的探索任務比姐姐多了一大半。

深空探測器并不像一些人想象的那樣,瞄準了一顆目標星球,就直線飛過去。由于地球和各個行星都在運動,它們之間的距離和位置都在不斷的變化中,因此要找到一條節省燃料和更快的路線,就要找到合適的發射窗口,而且走得路線一定是曲線。

根據探測器的目標不同,發射得到的最初速度也是不同的。一般會按照三個宇宙速度來配置發射后的初速度,也就是環繞地球的衛星要求達到第一宇宙速度,每秒7.9公里;飛出地球引力的行星探測器要達到第二宇宙速度,每秒11.2公里;飛出太陽系的航天器要達到第三宇宙速度,每秒16.7公里。

但如果僅僅依靠這些初始速度,就會很慢到達目標星球,這是因為朝太陽系遠方飛去的探測器,會受到太陽引力拉扯越來越慢。而要提升初始速度,火箭就需要攜帶更多燃料,就需要做得更龐大,這樣就會得不償失。

由此,科學家們找到了一種借助行星引力,無需燃料的天然動力~引力彈弓效應。

引力彈弓效應就是當航天器靠近一顆巨大的行星時,只要找準角度,就能利用行星的引力像彈弓一樣將探測器彈出去,得到更快的速度。這就是為了得到這種額外動力,有時發射航天器會走更多的彎路,反而縮短了到達目標時間的原因。

比如有的航天器會繞著地球甚至太陽轉幾圈,與目標星球背道而馳,獲得加速度后再飛往目標星球,比如朱諾號木星探測器就是這樣。

旅行者號姊妹探測器從一開始就似乎顯示了老姐的優勢,她在1977年12月就趕上早16天發射小妹。沒有找到詳細路徑原因,有限的資料中只有老姐是被發射進較快的軌道之中,而小妹則是走一個較慢軌跡的含糊說法。可見從一開始,老姐就具備了路線和速度優勢。

但她們殊途同歸的是都在木星獲得了引力彈弓加速,老姐是1979年3月掠過木星,相對太陽的離開速度,從到達時的每秒14公里,提升到離開時的每秒37公里;老妹是1979年7月掠過木星,速度從到達時每秒約10公里,提升到離開時的每秒35公里。

開始妹妹跟著姐姐的足跡前行

旅行者號姊妹探測器看起來長得差不多,功能也幾乎一樣,NASA發射這兩艘差不多的探測器目的也是為了更保險。那麼走得更慢的妹妹是不是就多余的呢?非也。由于她們走的路徑不一樣,她們各自放出了自己的異彩。

老姐以更干脆的進度和速度,只探測了木星和土星,發回了一大堆資料后,就進入休眠狀態,往太陽系外直奔而去,直到30多年后,才被喚醒,進行了輔助發動機的調校。

其在太陽系的主要功績是發回了更多木星和土星資料,由于發現了土衛六有濃密的大氣,在地球的主人們臨時命令其更詳細了解土衛六,耽擱了行程,故而決定取消其繼續探索天王星和海王星的任務,讓其小妹去承擔。

由于旅行者1號速度快,很快超越1972年和1973年分別發射的先驅者10號和11號,成為飛得最遠的飛行器。有關旅行者1號的故事已經說過很多,這里就不展開說了。

而小妹的走法是一路走走停停,充分利用了四星連珠的路徑,不但先后探測了木星和土星,還「視察」了天王星和海王星這兩顆最冷最邊緣的行星,是人類最早到達暗冷之地看望地球遙遠「兄弟」們的探測器。

在跟著老姐的足跡探測木星和土星兩個星球時,科學家們根據旅行者1號發現的一些疑點或不清楚信息,有目的地讓老妹進行了更深入的探查,發現了許多新的線索和現象,有些令科學家們驚異。

如發現了木星大氣層上著名的大紅斑風暴,竟是一個以逆時針方向反轉的復雜風暴系統;還證實了木衛一上有活躍的火山活動,這些活動的能量來源很可能是木星與木衛二、木衛三之間的潮汐力;還發現了木衛一、木衛二、木衛三、木衛四、木衛五等若干衛星的一些奇異特征,并新發現木衛十四、十五、十六等新衛星。

旅行者2號是繼老姐1980年11月離開土星后,于1981年8月到達土星的,她通過雷達對土星大氣層進行了探測,得到了土星大氣溫度高層位置約為-203攝氏度,低層位置約為-130攝氏度,北極約為-263攝氏度等資料。

掠過土星后,這位老妹的拍攝平臺有點被卡住了,使得前往天王星和海王星的任務曾一度產生變量,幸好地面工程師們及時發現了問題所在,是由于過度「勞累」讓潤滑油耗盡,補充后就得以繼續前行。

小妹的最大的功績是探訪了天王星和海王星

天王星距離太陽約29億公里,光速到達那里需要2.68個小時,但旅行者2號卻緊趕慢趕飛了8年半多的時間,于1986年1月到達這個太陽系邊緣寒冷的星球,最近時距離天王星大氣層頂只有81500公里。

這是人類足跡首次也是唯一一次接近這顆星球,旅行者2號一到達就有了許多新發現。

天王星是太陽系運動狀態最奇怪的一顆行星,其自轉軸偏轉97.77°,使其幾乎像汽車輪胎一樣躺著公轉。旅行者2號探測了這顆行星獨特的大氣運動和磁場,發現了許多獨特的怪異現象;分析得到了大氣結構和化學組成;觀測了已知的9個星環,發現了兩道新的星環,還新發現了10顆衛星。

離開天王星后,旅行者2號于1989年8月份到達并接近海王星,最近時距離海王星只有4827公里,從而讓人類首次看清了這顆遠在45億公里的最遠行星面貌。主要成果有:新發現了6顆海王星衛星,首次發現海王星有5條星環,發現了海王星南極巨大的黑色云帶和如地球面積的風暴區等等。

旅行者2號還靠近海衛一進行了細致的考察,發現這是太陽系唯一一顆沿主星自轉方向逆行的衛星,也是太陽系最冷的天體,表面溫度低至-240攝氏度,還有能夠噴出高達32公里甲烷或氮冰微粒的冰火山3座。

旅行者2號的行程,完成了人類對所有行星近距離考察的夢想,發回了大量資料和圖片,讓人類對太陽系最遠的寒冷行星有了更深刻的認識。此后,旅行者2號結束了對太陽系的考察,像姐姐一樣,開始一心一意向著太陽系外飛去。

旅行者2號飛出太陽系的方向與其老姐不同,老姐是半人馬座方向,飛往銀河系中心,而小妹的方向則是大犬座,向著天狼星方向飛去。

旅行者2號的歸宿

像其老姐一樣,旅行者2號的未來將是一生孤獨地飄浮在深暗冰冷的太空,由于沒有大氣的氧化和阻力,理論上她可以永久地飄下去,10億年后她的酮體還會保持如新。她像姐姐一樣,身上帶有一塊高純度鈾-238和一張金色唱片,還有一枚金剛留聲機針。

由于已知鈾-238衰變成钚-239的半衰期為41.7億年,因此當旅行者2號有幸與人類知音~外星人邂逅時,這些地外文明只要達到了人類的科技水平,就能夠通過分析鈾-238的衰變數值得到她出發的時間。而從唱片攜帶的信息中,得知她來自何方,主人是誰,地球文明是一個啥樣子。

不過那個時候人類還存在不存在,還在不在地球就很難說了。如果人類真的滅亡了,或許旅行者2號就會成為人類曾經存在過的唯一見證。當然這種墓碑式功能不僅僅是旅行者2號獨有,她的老姐和之前更早發射的先驅者10號、11號,以及在她們之后發射的新視野號探測器都有。

2018年12月10日,旅行者2號飛出了太陽風頂層,成為第二個進入星際空間的人類飛行器。此后,她依靠NASA位于澳大利亞的43號深空探測站與家里聯系,2020年3月,43號深空探測站檢修升級,這位遠離人類的小妹失聯了8個月后,于2020年10月30日,43號深空探測站升級完成重新向旅行者2號發出指令,經過34小時48分鐘的漫長等待,僅得到了一句「你好」的反饋。

這簡單的回復,足以證明旅行者2號依然在軌,飛行正常,且增益天線精準地對著地球家園。截至到2022年5月29日晚上22點,旅行者2號已經飛離我們194億公里,和其老姐一樣,已經關閉了大部分科學儀器,接近枯竭的電力只能維持幾個簡單儀器將探測數據向主人報告。(下圖)

到了2025年,她將和老姐一樣能量耗盡,關閉所有儀器,屆時她就像斷了線的風箏,與人類完全失去聯系。但她還會按照人類已經設定的航線,一路靠慣性漂流下去,28000年后將穿越太陽系的最后邊界奧爾特云,如果不被那里眾多的冰質天體撞毀,就完全飛出了太陽引力控制。

隨后,她會一直向大犬座方向飛去,29萬年之后,從距離天狼星4.3光年的地方掠過,飛向更遙遠的深空,直到被外星人捕獲。我們無法知曉她最終的歸宿,但如果有一天她帶著外星人來到地球,我們的子孫后代還存在的話,就會知道她這些年經歷了什麼。

現在,只能祝福她帶著人類的期盼和問候,一路走好。對此你有什麼看法,歡迎討論,感謝閱讀。

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