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旅行者一号飞行40多年,距地约233亿公里,为何还能与地球通讯?

大家知道以下这张图片里标注的小蓝点是什么吗?正是咱们的地球

这是美国宇航局和喷气推进实验室使用全新的图像处理方法,复原和改进的一张照片。它是旅行者一号于1990年2月拍摄的,那时候它距离地球大概64亿公里。

暗淡蓝点

如今时光荏苒,旅行者一号已经在太空中飞行40多年了,与我们之间相隔的距离也增加到了约233亿公里。那么,与人类已经相隔甚远的旅行者一号,为何还没有失联,依旧能与地球保持通讯呢?

旅行者一号

旅行者一号的旅程

首先让咱们一起来回顾一下旅行者一号的宇宙惊奇之旅

大家都知道,上世纪在美苏冷战的背景下,太空竞争显得异常激烈,在这种背景下,许多耗资重大的航天计划都变成了现实。

这之中最“烧钱”的恐怕就是大家都熟悉的阿波罗探月了,不过除了它以外,剩下的探测器也很费钱,诸多探测器加在一起的钱也不是个小数目。

在1967年时,喷气动力实验室的航天工程师盖瑞·弗兰德发现了一个好机会,这个机会是当十年以后,土星、木星、天王星等行星的相对位置,可以让地球探测器实现“借力飞行”,就和大家在《流浪地球》当只能怪看到的引力弹弓差不多。让人造飞行器借助天体的引力来加速,以此节约飞行所需能量。

探索轨迹

就这样“旅行者兄弟”诞生了,它们肩负着不同的任务于1977年先后启航,开始了自己的冒险之旅。

旅行者一号的主要目标是木星、土星、土星的卫星以及土星环,它每造访一个天体,都会使用自带的高分辨率相机为其拍照。这些照片,为人类带来了视觉盛宴

旅行者一号拍到的木星

到了1990年时,旅行者一号的任务圆满完成后,科学家为了节省能源就关闭了它的相机,并在这之前让它拍下了咱们上文中提到的那张“暗淡蓝点”,这是它在朝着远方狂奔之前,最后一次回望地球。

那么,如今已经离人类更遥远的旅行者一号有没有失联?它是通过什么依旧与我们保持联络的呢?

为何能与地球保持通讯?

从科学家公布的相关数据来看,旅行者一号可能到2025年就要与人类彻底断联,变成一个流浪探测器了。不过在这之前,已经风烛残年的它依旧能够与我们保持短暂的联络,传递回一些信息。

仍与地球保持联络

在许多人看来,这已经不是“跨地通讯”了,快要进展到“跨系通讯”了,毕竟如今的旅行者一号已经飞出了日球层顶,脱离了太阳风的影响,常常被人称为飞出了太阳系。

能保持这样的稳定联络,只能依靠无线电通信手段。因此,旅行者一号身上装有的高频段通讯设备就显得尤为重要了,在通讯频率为8.42赫兹的频段下,不仅能保证传播信息,受到的干扰也比较小。

无线电通信手段

除此之外,大家应该能够看到旅行者一号身上那根长长的天线,这根天线正是高增益天线,它不仅可以增强信号,还可以在“导航装置”陀螺仪的指引下,将天线一直对着地球这一方。

长长的天线

当然,仅仅旅行者一号付出努力还不够,地面为了能够接收它的信号,还要拥有强大的测控网。NASA的绝大多数深空探测任务,都会使用到位于西班牙、美国加利福尼亚及澳大利亚的深空测控网,来发送指令接受信息,同时监测旅行者一号的状态。

资料显示位于澳大利亚的DSS-43测控天线建成于1972 年,其直径达76m,是全球深空测控网中最大的无线电天线之一,可以在S波段(频段为 2~4GHz)下工作,与相匹配的遥远深空探测器进行通信。

深空测控网

值得一提的是,虽然使用了最佳的频段,还有诸多辅助设备,但是由于相距223亿公里确实有些远,所以有时候信号会在半路有所缺失,或者在地面接收到的信号异常的弱

在这种情况下,科学家就会使用比地面站面积大千倍的抛物面天线来聚焦接收信号,并且为了提高其灵敏度还会特别维持低温。

使用卫星辅助

所以,虽然知道旅行者一号已经时日无多,但是为了得到更多的来自星际空间的数据,科学家依旧会在计划的时间内与它建立联系

而如果大家有幸到美国宇航局喷气动力实验室,这个旅行者一号诞生的地方游览时,你会发现研究人员正在维护一些看起来和这个时代脱节的机器,这就是用来与它们保持联络的东西。

喷气实验室庆祝旅行者飞行40年的海报

实际上,科学家根本没想过要让旅行者一号飞这么远,甚至肩负起探索星际空间的重任。早在1990年顺利完成任务后,旅行者一号本就该退休了。

后来这30多年的探索,都是它在“加班”。不过它在后来发送回来的有关日球层顶的信息,还是为宇宙探索做出了极大的贡献。

美国马萨诸塞州波士顿大学的天体物理学家说梅拉夫·奥佛(Merav Opher)表示,“旅行者”1 号离开日光层后返回的信息 “是我们从这一区域唯一可以获得的数据,这是令人难置信的成就。”

传回了日球层顶的数据

那么,旅行者一号在彻底与人类失联之后,会迎来怎样全新的“人生”呢?它的兄弟探测器旅行者二号,也会与我们失联吗?

旅行者兄弟的未来

在旅行者一号成功飞出日球层顶之后,旅行者二号也随之离开,虽然从方向上来看它们已经完全错开了,但是看在身处同一片星际空间的份上,依旧当它们是在继续作伴吧。

相互作伴的旅行者兄弟

根据主持该探测计划,操纵旅行者兄弟在宇宙中游走的艾德·斯通表示,旅行者一号每年依旧会向前飞行很远的距离,在这种情况下它的信号会变得越来越弱。

因为其自带的钚产生器放射性衰变只能供给315瓦的电量,而这种电量每年都会衰减4瓦甚至更多。

艾德·斯通

在这种情况下,他们已经从2007年开始,先后关闭了多个系统用来节省用电。而这也无法阻挡该探测器的衰败之势,预计到2025年的时候,旅行者一号的电量就将完全耗尽

到那时,它会带着金色唱片在星际空间中漂流,直到等到一位“太空有缘人”捡到它,一睹人类文明的模样。

搭载的金色唱片

至于它的兄弟探测器旅行者二号,由于装有的电池能源和它是同款,所以也会在未来与我们失联。不过它飞得没有旅行者一号远,截至2020年,旅行者二号和地球之间的距离大概为187亿公里

并且由于此前澳大利亚的深空测控网和站点进行维修升级,旅行者二号就已经与地球断联,直到半年左右,人们再度向其发送指令,然后经过了34小时48分钟的等待,才收到它的回复。

从目前的情况来看,旅行者二号断联的时间可能会稍晚一些。

旅行者二号拍到的土星环

值得一提的是,在旅行者二号的身上也搭载着金色的唱片,里面录有地球之音,不仅有各国的问候语还有相关的名曲。

除此之外,里面还存着一些有关人类和地球文明的照片。这张唱片可以在太空中保留10亿年之久,换句话说就算未来人间已经沧海桑田,地球已经换了数代生物,这张唱片依旧会跟着探测器久久的漂流在宇宙之中,诉说着人类的过往和传奇。

人类文明

当旅行者一号和旅行者号二号断联数年之后,人们可能就会将它们淡忘。但是设计者却表示,这两个探测器既然决定前往星际空间,那就注定是孤独的

所以他们才会在这些探测器的照片上写下这样一句话,“每当人们不再关注我,我就假装自己离开了太阳系。”

旅行者一号的目标是离开太阳系

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