旅行者1號再次傳回信號,已飛到233億公里外,為何還能傳回信號

天空之城 2022/08/29 檢舉 我要評論

是不是有一段時間沒有看到旅行者1號、旅行者2號的消息了?它們失聯了嗎?并沒有,雖然旅行者1號、旅行者2號探測器已經運行了40多年,與地球的距離非常遙遠,但是它們搭載了核電池,能量相對充足,預計還能維持部分設備運行到2025年。

也就是說,在沒有意外的情況下,旅行者1號、旅行者2號在接下來2-3年時間內還能傳回信號。這不,加利福尼亞州的艾倫望遠鏡陣列(ATA)接收到了旅行者1號探測器的信號。

旅行者1號探測器是目前為止人類發射的飛行距離最遠的航天器,它已經飛到了距離地球大約145億英里(即223億公里遠)的宇宙深處,大概就是地球與太陽距離的156倍。

這麼遙遠的距離,別說看地球、火星,看太陽都只是一個大光點而已,如果旅行者1號探測器搭載的是太陽能電池板,是沒法獲得足夠的能量的。

雖然很遙遠,但是旅行者1號、旅行者2號探測器并沒有失去聯系,NASA的深空網絡仍能對其進行跟蹤,它們每秒鐘會給地球傳回160比特數據。

這個信號其實是極為微弱的,要知道,我們家用的寬帶連接一般都是以兆比特/秒計算的,也就是說我們的寬帶可以達到每秒百萬比特。

旅行者1號

旅行者1號探測器在1977年9月5日從美國佛羅里達發射升空,當時在發射的時候,泰坦3號E火箭出現一個小故障,火箭燃燒的第二個階段出現了燃燒不足的情況,這讓地面指揮中心的工作人員開始擔心旅行者1號探測器可能沒法抵達木星,但由于火箭仍有足夠的燃料,這才讓旅行者1號探測器順利進入軌道,這才有了后面飛行旅程。

其實,旅行者1號探測器的設計目標是對木星、土星以及它們的衛星、土星環進行探測。在飛行了不到2年時間后,旅行者1號探測器在1979年1月開始對木星拍照,隨后在1979年3月5日抵達了木星附近,當時與木星中心的最近距離僅為349000公里而已。由于距離非常近,所以旅行者1號對木星以及其衛星、磁場、輻射等情況進行了詳細的觀測。

在飛越木星的過程中,旅行者1號探測器還發現了木衛一表面仍有火山活動的跡象。這一個發現讓人感到驚訝,因為當時在地球觀測木星衛星時未曾看到這樣的景象,即使是之前已經飛越木星的先驅者10號、先驅者11號探測器也未曾看到這一幕。

在飛越木星的過程中,旅行者1號探測器還成功借助木星的引力進行加速,隨后朝著更加遙遠的土星方向飛去,在繼續飛行了1年多后,旅行者1號探測器在1980年11月12日抵達木星附近,與木星最高云層的最近距離僅為124000公里,拍下了一萬多張彩色照片。

在這個過程中,旅行者1號探測器還發現土衛六擁有一個很濃密的大氣層,隨后工作人員讓旅行者1號探測器靠近土衛六進行了研究。

在先后完成了對木星、土星系統的觀測以后,旅行者1號探測器還能正常運行,能量充足,于是科學家讓其繼續發揮作用,朝著銀河系中心方向飛去,繼續對宇宙深處探索,包括探測太陽風等。

旅行者1號已經飛行了40多年,核電池的電力越來越少,預計到2025年就會耗盡。隨著旅行者1號探測器不斷朝著宇宙深處飛去,傳回的信號也會越來越微弱,在遙遠的宇宙深處,旅行者1號探測器是怎麼傳回信號的呢?

信號如何傳回

從宇宙深處傳回信號其實是非常困難的,不僅是這些探測器,就連我們地球都只是浩瀚宇宙中的一個不起眼的天體而已,旅行者1號探測器在距離地球大約64億公里的地方曾經拍攝到地球的照片,地球只是星空中一個小亮點,如果探測器在傳回信息的時候沒對準地球,那這些信號就沒法傳到地球。

為了解決這一個問題,科學家給旅行者1號、旅行者2號探測器配備了一個高增益天線。這個高增益天線不僅能夠增強探測器發出的信號,還能一直對準地球,這樣一來,旅行者1號、旅行者2號探測器發出的信號就會朝著地球方向傳來。

僅僅讓探測器天線一直對著地球,也只能讓信號傳回來而已,如何接收到這些信號也很難。因為探測器與地球之間的通訊通過無線電信號來實現,而無線電信號的強度會隨著距離的遞增而削減,也就是距離越遠,傳回的信號越弱。

所以,為了接收到這些微弱的信號,NASA建造了深空網絡(DSN),目前這個深空網絡由3個深空通信設施構成,一個是位于美國加州的Goldstone,一個位于澳大利亞的Canberra附近,還有一個位于西班牙馬德里附近。

這3處深空通信設施剛剛好呈120度分布,這樣一來就能做到360度無死角持續觀測,就算地球不斷自轉,都會有一個深空通信設施可以與探測器實現通訊。

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