旅行者2号探测器
美国发射空间飞行探测器
旅行者2号探测器(英文:Voyager 2)于1977年8月20日在肯尼迪航天中心成功发射升空,是美国航天局研制的飞往太阳系外的两艘空间探测器的第二艘。
研制历程
历史背景
旅行者号最初计划属于美国水手计划里的水手11号太空船,其的设计利用了属于当时的新技术引力加速。幸运的是,该次任务刚巧碰上了176年一遇的行星几何排列。太空船只需要少量燃料以作航道修正,其余时间可以借助各个行星的引力加速,以一艘太空船就能造访太阳系里的四颗气体行星:木星土星天王星海王星。两艘姊妹船旅行者1号及2号就是为了这次机会而设计,它们的发射时间是被计算过以便尽量充分利用这次机会。亦拜这次机会所赐,两艘太空船只需要用上12年的时间就能造访四个行星,而非一般的30年时间。
研制进程
旅行者2号(Voyager 2)是一艘于1977年8月20日发射的美国国家航空航天局无人宇宙飞船。它与其姊妹船旅行者1号基本上设计相同。不同的是旅行者2号循一个较慢的飞行轨迹,使它能够保持在黄道(即太阳系众行星的轨道水平面)之中,藉此在1981年的时候透过土星的引力加速飞往天王星和海王星。正因如此,它并没有像它的姊妹旅行者1号一样能够如此靠近土卫六。但它因此而成为了第一艘造访天王星和海王星的宇宙飞船,完成了藉这个176年一遇的行星几何排阵而造访四颗气态巨行星的机会。
旅行者2号被认为是从地球发射的太空船中最多产的一艘宇宙飞船。皆因在美国国家航空航天局对其后的伽利略号和卡西尼-惠更斯号等的计划上收紧花费,它仍能以强大的摄影机及大量的科学仪器造访四颗气态巨行星(土星,木星,天王星,海王星)及其卫星。
如果没有未预料的失败发生,人类将能再与它们保持联系,直到2030年。两个探测器还有大量的联氨燃料。旅行者1号的推进剂能使用到2040年,2号的能用到2034年。限制因素则在于RTG(放射性同位素热电产生器)。到2000年前,UVS(紫外线分光计)仪器的动力将耗尽。到2010年,剩余的动力使得所有的场与粒子仪器无法同时工作。这时,一个能源共享方案将被执行,使得场与粒子仪器中的一些与另一些轮流工作。飞行器能在这状态下持续工作约10年。到最后,能量可能太少,以致无法正常维持飞行器的工作。
与“旅行者-1”号探测器一样,“旅行者-2”号也携带有一批所谓的“地球名片”--其中包括着各种几何图案的镀金铜片,以及记录有地球上各种声音的唱盘,为的是让可能存在的外星智慧生物知道地球上也存在着生命。
据天文学家们的计算,如果“旅行者-2”号一直能顺利地飞行下去,从理论上讲,其将在公元8571年飞抵距离地球6光年的Barnard恒星附近,而到公元20319年,其将飞抵距离半人马座3.5光年的地方,而到296036年,将到达距离天狼星最近处,约4.3光年。
系统组成
总体设计
旅行者2号探测器的总体结构,头部是一个扁平的十面棱柱体,中央装有球形燃料贮箱,周围安置着电子设备。探测器头上戴有一顶大草帽形状的设备-一个直径为3.7米的抛物面天线定向天线,下部的两个长条天线实际上都是鞭状天线。向左右伸开的两个手臂,一长一短,长的是磁强计支杆,短的是红外干涉频谱仪支架其中除红外光谱仪外,还有宇宙线探测计、等离子体探测器、广角摄像机、窄角摄像机、紫外光谱仪。“旅行者2号”的侧身还挂着补充能量用的发电机一一放射性同位素热电发生器,就是两枚核电池,亦称钚电池。在燃料贮箱上侧旁装有16台小型液体火箭发动机,以供探测器改变飞行方向和调整姿态使用。
能源装置
旅行者2号探测器的核电池(代号:RTG)通过使用三个放射性同位素热电发生器为航天器系统和仪器提供了电力能源。核电池RTG串联组装在一个可展开的吊杆上,该吊杆铰接在连接到基本结构的支柱的支腿布置上。每个核电池单元装在外壳中,直径406毫米,长度508毫米,重量39千克。核电池RTG使用放射源为钚-238,当钚衰变时会释放热量。双金属热核电池用于将热量转化为航天器的电源。随着放射性物质的消耗,核电池RTG的总能源产量会随着时间的推移而缓慢下降。因此,尽管旅行者2号上的核电池在发射时的初始输出约为470瓦(30V直流电),但到1997年初(发射后约19.5年),其输出功率已降至约335W。随着功率的不断下降,航天器上的载荷装置功率负载也必须减少。预计至少在2025年之前,还可以进行有限的仪器操作。
通信装置
旅行者2号探测器的无线电通信系统可以在太阳系范围内使用。该通信系统包括直径为3.7米的抛物面高增益天线,用于与地球上的三个深空站通信。飞行器通常使用2.3GHz或8.4GHz的频率向地球传输数据,而从地球使用2.1GHz的频率向旅行者2号发送信号。当旅行者1无法直接与地球通信时,其数字磁带录音机(DTR)可以记录约64KB的数据,以便在其他时间传输。
旅行者2号通信是通过高增益天线和低增益天线提供的。高增益天线同时支持X波段和S波段下行链路遥测。旅行者号是第一个使用X波段作为主要遥测链路频率的航天器。数据可以存储起来,以便以后通过使用车载数字磁带记录器传输到地球。
飞控装置
旅行者2号探测器空间飞行距离地球较远,其指挥时间滞后,因此被设计为以高度自主的方式运行。为了做到这一点,并执行航天器飞行和仪器操作的复杂程序,探测器使用了三台相互连接的器载计算机。计算机命令子系统(CCS)负责存储其他两台计算机的指令,并在设定的时间发布指令。探测器的飞行姿态和节点控制子系统(AACS)负责控制航天器的姿态和扫描平台的运动。飞行数据子系统(FDS)控制仪器,包括配置(状态)或遥测速率的变化。所有三台计算机都有冗余组件,以确保持续运行。AACS包括冗余的恒星跟踪器和太阳传感器。
运载火箭
发射旅行者2号探测器的运载火箭为美国研制的大力神3E运载火箭(半人马座)。
大力神3E火箭是美国大力神系列运载火箭的一种型号,大力神3号火箭由美国国防部主持研制,有A、B、C、D、E五种型号,可发射各种轨道卫星,有代表性的是“大力神3C”火箭。该火箭由“大力神3A”发展而来,主要用于发射军用同步轨道卫星。火箭最长50.6米,最大直径9.7米。
设计参数
任务载荷
“旅行者”2号探测器被誉为最有价值的探测器,因为它探访了众多行星及其卫星:它在1979年7月9日最接近木星,多发现了几个环绕木星的环,并拍摄了木卫一的照片,显示其火山活动。它在1981年8月25日最接近土星。之后,利用土星的引力,像“打弹弓”一样在1986年1月24日最接近天王星,并发现了10个之前未知的天然卫星。“旅行者”2号探测器在1989年8月25日最接近海王星。两个“旅行者”号探测器都携带着镀金的铜唱片,以备太空船被外太空智慧生物捕获时与他们沟通。上面记录着鸟鸣、风声、人类的谈话声等。
探测仪器
旅行者2号搭载探测仪器,共同提供了有关土星和木星的宝贵信息,并将继续合作实现旅行者2号的星际任务:
MAG旨在测量太阳磁场的变化,以确定每颗外行星是否都有磁场,以及外行星的卫星和环如何与这些磁场相互作用。
LECP测量银河系宇宙辐射的速度和方向,尤其是在低能量下。它具有三组粒子传感器中最宽的能量范围,并分析行星际高能粒子。
PLS旨在研究太阳风与木星和土星的相互作用,并探测太阳风减速和密度变大的区域。随着旅行者2号接近日顶边界,该仪器将首次探测到星际介质。
CRS寻找在一些行星周围的强烈辐射场中发现的来自其他恒星的高能粒子。
PRA是一种复杂的无线电接收器,用于收听太阳、行星及其磁层产生的无线电信号。它有助于描述行星无线电发射及其与行星卫星的关系,并探测到行星大气层中的闪电。
与PRA一样,PWS是一个无线电接收器和放大器。它监听人耳能听到的频率以及略高于可听频率的信号。它有助于确定与行星环相关的等离子体(电离气体)信号的特征,并将继续确定等离子体的性质。
UVS寻找已知某些元素和化合物发出的特定颜色的紫外线。紫外线有助于确定行星环的紫外线特性,并寻找任何环“大气层”的痕迹。搭载探测仪器收集的科学数据,以160bps的速度实时发射返回地球。
携带物品
美国发射的旅行者2号探测器,携带有一张特制唱片。这是一件捎给外星人的礼物,用它去寻觅外星人的踪迹。
这张铜制唱片直径为30.5厘米,外表镀有一层金膜。唱片的一面录制了90分钟的“地球之音”,包括地球人60种不同民族语言的问候语、35种自然界的音响和27首古今世界名曲。另一面录制了115张反映地球人类文明的照片,此外还录有当年美国总统卡特和联合国秘书长瓦尔德海姆的贺词。
在问候语中有中国的普通话、粤语、闽南语和吴语,其中广东一位小姐用粤语向外星人发出亲切的问候:“各位都好吗?祝各位平安、健康、快乐。”一位妇女用厦门话说:“太空朋友,你们好!你们吃过饭了吗?有空请来这儿坐坐。”吴语问候话是:“祝你们大家好。”最后一位男子用普通话说:“各位都好吧。我们很想念你们,有空请到这儿来玩。”在世界古今名曲中,包括用古琴演奏的《高山流水》中《流水》乐曲。在地球人类照片中,包括有八达岭长城的雄姿和中国人家宴的风采。这张“地球之音”唱片可在太空保存10亿年。
飞行动态
发射升空
旅行者2号最初计划属于水手计划里的水手12号太空船。它在1977年8月20日于佛罗里达州的卡纳维拉尔角,被搭载在一枚泰坦3号E半人马座火箭上发射升空。由于地面的工作人员的疏忽,忘记了传送一个重要的启动代码到旅行者2号,使太空船关闭了船上的高增益天线。幸好地面的工作人员最终成功与船上的低增益天线取得联络,并重新启动船上的高增益天线。
探测木星
旅行者2号在1979年7月9日最接近木星,在距离木星云顶570,000千米(350,000英里)处掠过。这次拜访多发现了几个环绕木星的环,并拍摄了一些木卫一的照片,显示其火山活动。
木星是太阳系里最大的行星,主要由氢及氦组成,及小量的甲烷、氨、水蒸气和其他合成物。而中央则是一个由硅酸盐岩石和铁组成的核。木星上颜色多姿多彩的云层,显示了木星大气层里变幻莫测的天气。而木星亦拥因暂时为止最多的天然卫星共63个。木星的公转周期是11.8年,自转周期则是9小时55分钟。
虽然天文学家透过望远镜研究了这个行星好几个世纪,但旅行者2号的发现仍然为科学家们带来惊讶。例如木星大气层上著名的大红斑风暴被发现了是一个以逆时针方向转动的复杂风暴系统,同时亦发现了一些细小的风暴和旋涡。
而在木卫一上发现了活火山是另一样震惊科学家们的发现。这是因为科学们首次在太阳系的其他星体里发现了仍然活跃的火山活动。旅行者2号这次总共观测了木卫一上九座火山的爆发,亦证实了在两艘旅行者太空船的造访期发生的其他火山爆发。火山爆发造成的烟雾被喷射至离开木卫一表面300千米(190英里)以上的高空。而从火山爆发喷射出的物质速度更高达每秒一千米。木卫一上的火山爆发能量可能来自其与木星、木卫二和木卫三之间的潮汐力。由于这三颗卫星被锁定于拉普拉斯共鸣轨道上,即木卫一自转两次、木卫二就会自转一次;而当木卫二自转两次,木卫三又会自转一次。虽然木卫一总是以一面对著木星,但木卫二和木卫三让其产生轻微的摇摆。这种摇摆力量作用大得使木卫一弯曲达100米(330英尺),对比地球上却只有1米(3英尺)而已。木卫一上的火山活动亦影响了整个木星系统,它的影响力遍及木星的磁圈。硫酸、氧及钠显然地随木卫一上的火山喷出,并卫星的表面亦受到高能量的粒子影响而被喷溅。这些喷溅甚至到达了木卫一的磁圈边界,离开其表面数百万英里之远。
至于木卫二方面,从旅行者1号的低解象度照片中可以看到了其表面出现了踪横交错的纹理。最初,科学家们相信那些文理是源自地壳移动或地壳构造活动而成的裂纹。但其后从旅行者2号提供的高解象度照片却让科学家们感到懊恼,皆因那些特征却又欠缺了地形学上的轮廓。正如其中一位科学家形容说:“那些特征就像是一枝粗头墨水笔画上去一样”。造成如此的纹路,有可能是因为木卫二亦同样受到了潮汐力影响,使其内部出现了如木卫一百分之十或以下的摩擦力及热力。一般认为木卫二有一薄的冰造的地壳(少于30千米或18英里),下藏一个深约50千米(30英里)的海洋。
木卫三是太阳系里最大的天然卫星,其直径达5,276千米(3,280英里)。这趟旅程证实了木卫三上有两种明显的地形:多坑及多深沟。科学家们认为木卫三的冰地壳正受到地壳构造活动等的张力影响。
木卫四地壳上残留的古老陨石坑则显示了很多被陨石撞击过的痕迹。最大的陨石坑显然地因地壳上的冰层移动而随时间被填去,因为在满布撞击痕迹的盆地上几乎没有任何显然而见的地形特征残留。这是撞击痕迹之所以被确认是因为剩下了较浅的颜色及留下了减退了的环形山
木星被发现拥有一个暗淡而粉状的环。环的外边距离木星中心129,000千米(80,000英里),而内里的边界则距离木星中心30,000千米(18,000英里)。同时,这趟旅程亦发现了木卫十五和木卫十六两颗细小的卫星,刚好在木星环的外围运行。而第三颗新发现卫星木卫十四则夹在木卫五和木卫一中间的轨道运行。
木星的环和其卫星都出现于其密集而满布电子和离子辐射带的磁场之中。这些粒子和磁场组成了木星的磁圈,向太阳方向伸延3至7百万千米,并伸延到至少到达土星的轨道,即7.5亿千米(4.6亿英里)之外。由于磁圈会跟随木星转动,磁圈会扫过木卫一并同时每秒钟剥去一公吨的物质。这些物质会形成一个在紫外光下才看见的环形离子云,这团离子云会向外移动,使木星的磁圈比正常的大出两倍。一些精力旺盛的硫酸和氧离子会堕进了这个磁场继而进入了木星的大气层之中,形成了极光。
当木卫一横过木星的磁场时,它就活像一个发电机,发展出400,000伏特的电压横跨其直径并同时制造出约3百万安培的电流,由磁场流到木星的电离层。旅行者2号最终造访了木星好几天后离开,并对木星拍摄了很多照片。
探测土星
旅行者2号在1981年8月25日最接近土星。当太空船处于土星后方时(相对地球而言),它以雷达对土星的大气层上部进行探测,并量度了气温及密度等资料。旅行者2号发现高层位置(气压相当于7百帕时)的气温为70K(-203°C),而在低层位置(气压相当于120百帕)则量度出143K(-130°C)。北极会多冷10K,但仍会出现季节性变化。
掠过土星后,船上的拍摄平台有点卡住了,使前往天王星和海王星的任务产生变量。幸好,地面的工作人员最终把问题解决,那是因为过度使用而令润滑油暂时耗尽。最终太空船仍是接到继续前进的指令,前往天王星。
探测天王星
旅行者2号在1986年1月24日最接近天王星,并随即发现了10个之前未知的天然卫星。另外太空船亦探测了天王星由其自转轴倾斜97.77°缘故而独特的大气层,并观察了他的行星环系统。在这首次的略过之中,最接近天王星时只距离天王星的云层顶部81,500千米(50,600英里)而已。
天王星是太阳系里第三大的行星,它于距离太阳约28亿千米(17亿英里)的距离围绕太阳公转。其公转周期是84年,自转周期则是17小时14分钟。天王星的自转独特在于它实际上是倾倒在其轨道滚动,一般认为这个不寻常的位置是由于在太阳系的形成早期曾与一颗行星大小的星体碰撞过的原故。由于它的奇怪定位,使它的两极会分别接受长达42年的白昼或晚上,所以科学家们都不知道会在天王星上发现到些什么。
旅行者2号发现了其中一样因天王星的倾斜位置而对其倾斜了60度的磁场的影响,就是其磁尾因天王星的转动而被扭曲成为了一个螺旋形,出现于天王星的后方。不过其实在旅行者到访之前,人们对天王星拥有磁场并不知情。
天王星的辐射带被发现如土星的一样密集。辐射带里辐射的密集程度,会令光线把任何困在卫星或环里冰面上的甲烷迅速地(在100,000年以内)变暗。这样解释了为什么天王星的卫星及环大部份都以灰色为主。
在日光直射的一极检测到一些高层次的雾,发现这些雾帮助散播大量的紫外光,这个现象称之为“日辉”。其平均温度是60K(-350°F)。令人惊讶的是,即使是被照射的一极和黑暗的一极,在整颗行星上的云顶气温几乎一致。
在五颗最大的天然卫星中运行轨迹最靠近天王星的天卫五,展示出它是太阳系中最奇怪的星体之一。当旅行者2号飞过时,从拍摄回来的详细照片中看到其表面上有一些深达20千米(12英里)的峡谷、隆起的断层和新旧年份混合的地表。有理论指天卫五可能是把早期一些猛烈撞击后破裂的物质重新组合而成。
太空船同时亦观测了九个已知的环,显示出天王星的环与木星和土星的环截然不同。整个星环系统相对地较新,并非与天王星形成时一起形成。星环里的组成粒子有可能是一颗因高速撞击或被潮汐力撕碎的卫星碎片而形成。
探测海王星
旅行者2号在1989年8月25日最接近海王星。由于这是旅行者2号最后一颗能够造访的行星,所以决定将它的航道调校至靠近一点海卫一,不再理会飞行轨迹,就像旅行者1号完成造访土星后不理飞行轨迹靠近一点土卫六进行研究一样。
太空船发现了海王星的大暗斑,后来在哈勃空间望远镜于1994年再次观测时却消失了。最初被认为是一片大的云,但后来却被认为是云层上一个空洞。
经过旅行者2号造访海王星后,冥王星是当时唯一一个仍然未被任何从地球飞来的太空船造访过的行星。但后来在国际天文学会重新定义行星后,冥王星被降级为一颗矮行星。因此,旅行者2号在1989年的略过,使太阳系中所有行星都至少被人造太空船探访过一次。(冥王星已经由新地平线号于北京时间2015年7月14日19时49分探访。)
旅行者2号还飞向海卫一进行了考察,发现海卫一确是太阳系中唯一一颗沿行星自转方向逆行的大卫星,也是太阳系中最冷的天体。它比原来想像的更亮、更冷和更小,表面温度为-240℃,部分地区被水冰和雪覆盖,时常下雪。上面有3座冰火山,曾喷出过冰冻的甲烷或氮冰微粒,喷射高度有时达32千米。海卫一上可能存在液氮海洋和冰湖,到处都有断层、高山、峡谷和冰川,这表明海卫一上可能发生过类似的地震。海卫一上有一层由氮气组成的稀薄大气层,它的极冠被冻结的氮形成一个耀眼的白色世界。
飞离太阳系
由于旅行者2号的探访行星任务已经完结,旅行者1号被美国国家航空航天局形容为进行星际探索任务,用以查找在太阳圈外的太阳系究竟是怎样的。一般相信旅行者1号已经2004年12月飞越了终端震波区域,现时正身处在日鞘之中。与1号不同的是,一般认为2号现时仍然未飞越终端震波。每一艘旅行者太空船均携带著一片旅行者金唱片,以备当太空船被外太空智慧生物捕获时可与他们沟通。唱片中载有地球上的映像及各种生物、一些科学资料和一首串烧曲“地球之声”。曲中收录了诸如鲸鱼、婴儿哭声、海浪拍打声及不同种类的音乐。
在2006年9月5日,旅行者2号正处于距离太阳80.5个天文单位(大约相等于12太米)左右,深入于黄道离散天体之中,并正以每年3.3天文单位的速度前进。在这个距离是太阳与冥王星之间的距离两倍,并比塞德娜的近日点较远,但仍未超越厄里斯的轨道最远处。
旅行者2号将会继续传送讯号直至2020年代为止。
进入星际空间
2018年12月10日,美国国家航空航天局宣布,“旅行者2号”探测器已飞离太阳风层,成为第二个进入星际空间的探测器。
后续飞行
2007年8月30日,经过30年的长途跋涉,“旅行者二号”飞船在离地球85个天文单位(1个天文单位是地球与太阳之间的平均距离即1.5亿千米)处对终止激波进行了就地直接观测,这是人类历史上第一次传回太阳系边缘的信息。
由于太阳风动压的变化和波动的影响,终止激波并不是静止不动的,而是沿径向来回运动,造成多次跨越“旅行者二号”飞船。通过对探测数据的详细分析,得到了新的重要发现:
(1)一般而言,激波会将超声速(马赫数大于1)的流体变为亚声速(马赫数小于1),而终止激波的下游仍然是超声速流动
(2)下游等离子体的温度比理论预期值低10倍以上。之所以产生与人类熟悉的激波特性的不一致的主要原因是由于星际介质中存在着大量的中性成分。这些中性成分(主要是中性氢原子)与电离的太阳风质子通过电荷交换产生新生离子(Pickup Ions)。太阳风动能减少产生的能量大部分供给了新生粒子,只有少部分能量用来加热太阳风等离子体,从而造成终止激波下游太阳风等离子体的温度比预期值偏低,从而声速变小,导致终止激波的下游马赫数仍然大于1。随着“旅行者二号”飞船继续在日球鞘区内探索,越来越多的太阳系边缘的自然奥秘将被人类所揭示。
截至2009年10月为止,旅行者2号作-54.55°的倾斜及19.737hrs的赤经,指向望远镜星座。旅行者2号正处于距离太阳90.557个天文单位,每年以3.268个天文单位(约每秒15.493千米)的速度离开太阳系。
2010年4月底至5月初,“旅行者2号”运行至太阳系的边缘。4月22日,“旅行者2号”向地球发送出一些非常奇怪的信号,在经过13小时后,信号被NASA的深空天线成功接收。但遗憾的是,NASA的科学家无法破解。德国著名的UFO专家豪斯多夫据此大胆断言,“旅行者2号”很可能已经被外星人劫持。豪斯多夫说:“看起来飞船被劫持了,程序被重新编写,因此人类无法破译。”NASA没有对豪斯多夫的看法做出回应,而科学家及工程师的看法是,飞船上的存储系统可能出了小故障。工作人员正积极修补。
北京时间2011年11月29日消息,据美国《时代》杂志报道,在飞行34年后,美国旅行者2号探测器11月4日已经按地面工程师指令切换至备用姿态控制推进器工作,以节省能源确保未来任务继续进行。
截至2011年“旅行者1”号距离地球大约110亿英里(约合180亿千米),“旅行者2”号距离地球90亿英里(约合140亿千米)。
2018年12月10日,“旅行者2号”探测器已飞离太阳风层,成为第二个进入星际空间的探测器。
2020年11月9日,《澳大利亚人报》称,“旅行者2号”已经远离地球187亿千米,即便以光速传播的通信信号,从“旅行者2号”发出后,抵达地球也需要超过17小时。它只能依靠美国航空航天局(NASA)位于澳大利亚的43号深空探测站与地面控制站取得联系。从2020年3月开始,43号深空探测站进行全面升级,“旅行者2号”在此期间完全接收不到任何来自地球的指令。这种局面一直持续到2020年10月30日,43号深空探测站完成初步升级后,NASA向“旅行者2号”发出指令,“经过34小时48分钟的漫长等待,人们得到一句‘你好’的反馈。和‘旅行者2号’的测试通信无疑说明,一切都在正轨上。”飞得最远的人类探测器之一,已抵达太阳系边缘的“旅行者2号”在失联8个月后,终于恢复与地面控制站的联系。
2023年7月21日,由于地面控制人员发出错误指令,“旅行者2号”指向地球的天线方向偏离原来位置2度。探测器距离地球大约124亿英里(199亿千米),并不断向星际空间深处移动。该“小失误”导致“旅行者2号”接收不到来自地球的指令,也无法向地球传回数据。2023年7月31日,美国国家航空航天局发布消息,正在利用位于澳大利亚堪培拉的巨型碟形天线尝试与“旅行者2号”探测器重新建立通信联系。
2023年7月29日,美国宇航局发布动态更新,表示“旅行者2号”在执行例行的命令序列之后,天线角度偏移了2度,导致无法将数据传回地球,和地面中断通信。“旅行者2号”于8月4日终于开始传回科学和遥测数据,表明其运行正常并保持在预期轨道上。“旅行者2号”距地球约200亿千米,其信号传递到地球需用时超过18小时。
当地时间2023年8月4日,美国国家航空航天局(NASA)宣布与“旅行者2号”重新建立了通信联系。
2023年10月24日,“旅行者 2 号”经过长达 46 年的太空飞行,距离地球大约 120 亿英里,美国宇航局近日完成了“远程 OTA 更新”的第一步,耗时 18 个小时完成了“更新包”的传输,如果检测成功,将于 10 月 28 日正式启动“刷机”程序。
探索成就
飞行记录
20世纪70年代末,美国宇航局利用一次几百年一遇的罕见的行星排列机会“二箭四雕”,发射了“旅行者1号”、“旅行者2号”两颗外行星探测器。“旅行者1号”在飞过木星和土星后,完成了自己的绝大部分使命。而“旅行者2号”,则利用土星的引力,改变航向并加速飞往天王星,然后再飞往海王星。为此,设在南加州的帕萨迪纳美国宇航局喷气推进实验室的科学家,克服了许多困难。可以说,科学家们通过遥控技术,重新“组装”了一台探测器,调整了包括摄像机、动力系统和控制计算机,还有通信装置在内的大部分机载设备,并启动了设在美国、西班牙、澳大利亚的射电望远镜收发信号,这本身就是一个奇迹。
到达天王星
1986年1月,“旅行者2号”飞到了天王星,在会合的24小时内探测器收集的资料,是自天王星发现以来人类获得的有关天王星的资料的好几倍。在此之前,人类仅知道,它是太阳系的第7颗行星,距太阳29亿千米,直径48000千米,主要由气体组成,自转轴倾倒于公转轨道面上,并且有6颗卫星。
发现卫星
1977年发现了围绕天王星的几个光环。2013年,人类发现了天王星的10颗新卫星,新的环带和其他许许多多令人类惊奇的东西。首先,旅行者对天王星的近距离观测,显示天王星与地面观测相同,是淡蓝色的,这与木星和土星是非常不同的,只是在其南极区略红一些,这是由于天王星大气的光化学烟雾效应造成的。
天王星气候
另外,发现天王星大气中各处的温度大致相同,为零下208℃,而在纬度30°的地方有一个神秘的冷圈,这使科学家们大为迷惑,他们原以为天王星的赤道应比极区冷8℃。因为,决定其气象过程的温度梯度应与“直立”行星相反。有关天王星大气的照片,经过电子处理,科学家们找到了4块云,并考察了它的流动速度,云的跟踪表明,天王星上的风全都沿着行星旋转方向流动,风速为161千米/小时,这明显违反大气中的一个基本定律——热风方程。
当行星的极区比赤道冷时,与行星旋转方向相通的正向风随高度的增加而加快。在天王星上,极区应比赤道热,风应当是反向即风的流速应比行星的旋转速度低,而这种情况并未发生,天王星上各处温度又几乎相同,所以,科学家们不得不重新构造天王星的大气模型。天王星的磁场观测显示,磁轴的取向与其自转有很大的夹角,大约为60℃左右,这与太阳系中人类已经探测过的行星是不同的。科学家们猜想,可能是天王星的卫星和磁层的相互作用导致了天王星磁轴“奇怪”的取向。磁场非常重要,因为要想了解掩藏在天王星云雾之下的天王星非气体部分的情况,磁场是唯一可以利用的信息。科学家们测定了天王星的自转周期,大约为17.3小时。
天王星地质
另外,对天王星卫星的探测也取得了许多重要的数据。最初收到的信号清楚地显示出了许多火山口。从天卫四往内,卫星离天王星越近,地质活动就越强烈;天卫三上有一条长长的沟槽;天卫一上则有很多仿佛刚结霜的浅色带状区域;而在天卫五上有奇特的明亮特征,形状与火山相似。只有在天卫二上没有地质活动的迹象,它一直保持着漆黑和呆滞的样子。后来,在发回的卫星拼图中,科学家们得以更仔细地研究天王星的卫星。天卫五好像流行歌曲的精华集,而不是专集,它集中了几乎太阳系中所有的地质特征。长长峡谷仿佛火星表面的大峡谷,一排排沟槽与木卫三表面相似,下陷的岩石又像水星压力断层,但最突出的3种特征以前从未见过,在卫星的边缘上有一系列的暗线,看起来仿佛是从侧面观看一堆薄饼,在其右侧有一个山形结构,它被狭长曲折的同心裂缝包围。更往右边,接近卫星的日照一侧的边缘,有一系列互相平行的沟槽,在一端一起垂直地拐弯,仿佛长方形赛马场。沿赛马场的一侧,有一个深深的狭谷,显露出高达数千米的一排悬崖峭壁。实际上,“旅行者2号”对天卫五提出的问题比其揭示的问题要多得多。有关天王星环的探测也获得了重大的收获。
天王星外观为单色,奇怪的是它的磁场轴与它本已偏斜很大的自转轴之间的偏斜也很大,使得它的磁层很怪。天卫一上发现了冰海峡,天卫五则是一个奇怪地形的拼凑物。发现了10个卫星及多于1个的光环。
与天王星比较起来,海王星的气候十分活跃,云的形状多种多样。一个光环上的光环弧成为一个个亮片。另外又发现其他6颗卫星,2个光环。海王星的磁场轴也很倾斜。海卫一外观如有角的放大镜,看起来有不少喷泉。
科学分析
1989年秋天,“旅行者2号”太空飞船在航行12年后经过了海王星而正在驶向远方。它携带了一张金属盘,讲述了地球的情况并且包含了人们这颗行星上的各种名胜和声音。这曾使一些人感到害怕,他们认为人们正在无意中把人们的位置泄漏给来自其他世界的外星人,这些外星人也许会征服人们。有这种想法的那些人并不了解宇宙的大小,也不了解“旅行者2号”可能被任何人发现的几率。“旅行者2号”从地球到海王星花了12年,它将抵达什么样的世界呢。“旅行者2号”在太阳逐渐减弱的引力场强度(当它远离太阳时)和各种恒星引力场的十分微小(几乎等于零)的作用下漂移着。考虑到这些引力作用,人们就可以确切地知道“旅行者2号”将往哪里去。
人们知道邻近的所有恒星,而“旅行者2号”将不可能冲撞其中的任一颗。当然,太空中有可能存在人们不知道的暗天体,“旅行者2号”也许还会与一颗漂游的行星或小行星相撞,但这种几率显得太微小了,即使考虑也没有用。太阳会发出“太阳风”,即朝四面八方喷射带电粒子流。当远离太阳时,这种喷流变得越来越稀薄,直至消失在星际空间。2012年,“旅行者2号”将越过太阳风到达的范围。到8571年(从2013年起差不多还有6558年),“旅行者2号”将离太阳0.42光年,即2.5万亿英里左右。然而,即使最近的恒星也要十倍于这个距离。到那时,“旅行者2号”将与离地球5.9光年(35万亿英里)的巴纳德星最接近。“旅行者2号”将离它仅4.03光年(24万亿英里)。掠过巴纳德星之后,它将继续前进。到20319年,“旅行者2号”将离太阳1光年(5.9万亿英里),同时,它将最接近离人们最近的恒星半人马座比邻星。比邻星离人们4.3光年(25万亿英里)远,但当然,“旅行者2号”不会驶往它的方向。它正好在一侧运动,而它离比邻星最近的距离是3.21光年(19万亿英里)。仅仅310年后,“旅行者2号”将与半人马座a相邻,它是比半人马座比邻星稍远一点的双星。那个近点的距离将是3.47光年(20万亿英里)。在这整个期间,必须了解,“旅行者2号”仍足够地接近太阳,所以它还因太阳的引力而缓慢地围绕太阳盘旋。它仍然位于太阳系内。
远离人们所知的最远的行星——冥王星之外,可能另外有一两个行星存在,但迄今为止未曾发现它们存在的迹象。然而,人们相当肯定的是,远在冥王星以外,有1000亿个以上的小冰体——彗星。这些小冰体被称为奥尔特云,这是以首先建立理论认为彗星是起源于那里的天文学家奥尔特的名字命名的。大约在26262年,“旅行者2号”将进入奥尔特云,然后它继续穿过此云,历时约2400年。或许在你看来似乎是,如果“旅行者2号”穿过包含1000亿个的冰体,而每个冰体的直径至少有12英里的区域,它必定会撞到其中一个冰体而毁灭。其实并非如此,奥尔特云的体积是如此庞大,以至于即使有1000亿个这种冰体在其内部缓慢地盘旋,“旅行者2号”会撞到其中一个冰体的几率实际上还是等于零。在28635年左右,“旅行者2号”将离开奥尔特云而进入星际空间。经过100万年的旅行之后,“旅行者2号”将离太阳约50光年(从恒星的距离来看,它几乎还是在人们自己的后院)。在此期间,它与任何其他一个恒星最接近的地方是在它经过半人马座比邻星时,在那里它仅离比邻星3.21光年远。在100万年中,离任何一颗恒星的距离决不会小于19万亿英里,因此任何外星人能碰到这个在恒星之间遥远的太空深处的小而寂静的探测器的几率绝对是太小了,人们不必为此担忧。
但是,在那种情况下,如果人们所发出的信息根本没有机会被外星人收到,人们为什么还要发呢。记住,在宇宙的历史长河里,100万年只是很短的时间。宇宙已持续了1.5万个100万年而且还将继续存在下去。毫无疑问,在人们消失后很久(坦白地说,即使人类将持续生存十个100万年的几率也并不大),终有一天,有人会碰到这个探测器。但如果这是人们消失后很久的事的话,那么谁会关心呢。好,就来考虑一下这个问题。难道人们希望不留一丝痕迹地消失吗。人们不是以作为人类而有点自豪吗。肯定的,人们会希望其他智慧生物知道人们一度在这里存在过并知道人们曾设法做什么事。
2023年5月,发表在《Geophysical Research Letters》上的论文,天文学家认为在天王星的北极,存在着围绕北极旋转的极地涡旋。美国宇航局的“旅行者2号”(Voyager 2)几十年前飞掠天王星的时候,发现其南极周围出现了漩涡。天文学家当时展开了相关研究,发现温度并未发生变化,因此认为天王星的大气层相当惰性。
创造荣誉
多项首次
旅行者2号是唯一一艘近距离研究太阳系所有四颗巨行星的航天器。
旅行者2号在木星发现了第14颗卫星。
旅行者2号是第一个飞越天王星的人造物体。
旅行者2号在天王星上,发现了10颗新月和两个新环。
旅行者2号是第一个飞越海王星的人造物体。
旅行者2号发现了在海王星的五颗卫星、四个环和一个“大黑点”
创造记录
旅行者2号创造了第一次飞越海王星纪录。(吉尼斯世界纪录)
1979—1989年,美国宇航局的“旅行者2号”探测器飞越了4颗气态巨行星——木星、土星、天王星和海王星。创造了到访行星最多的航天器的吉尼斯世界纪录。
总体评价
旅行者2号探测器1977年从美国佛罗里达发射升空,目的是研究外太阳系以及木星、土星、天王星和海王星。2018年,“旅行者2号”飞离太阳风层,成为继“旅行者1号”后第二个进入星际空间的探测器。(彭博新闻 评)
参考资料
.中国经济网.2007-12-03
最新修订时间:2024-12-20 19:34
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