孤獨的旅行者,探索太陽系最遙遠的邊疆

天文在線 2024-03-07 21:43:39

在45年之後,距我們50億年的旅行者2號才剛開始它的星際探索

一張旅行者號的圖像

(圖片來源:NASA/ JPL)

這篇文章初次被投稿于The Conversation。(一個非營利性媒體、在線新聞發布和研究報告網站。該網站上的很多文章出自學者和研究人員,而且這些文章免費(知識共享),轉載者分享文章時可以無需修改。除特殊情況外,該網站只發表可認證的正規學術機構學者的文章)在之後又被刊登在Space.com的Expert Voices Op-Ed & Insights板塊。(Expert Voices收集來自世界各地實驗室和科學領域的觀測和研究成果)

文章作者介紹:Alice Gorman,是弗林德斯大學宇宙考古學(在考古學中,宇宙考古學是研究在宇宙中存在的人造物,通過這些人造物去了解人類在宇宙中活動留下的痕迹)研究課題的副教授。

大約在45年前,1977年8月20號,一個特殊的宇宙飛行器離開地球,開始一段獨一無二的太空之旅。旅行者2號將會首次爲我們展現太陽系中其他行星的形貌,這就類似于向紐約發射一個飛行器再接收它反饋回的信息。

旅行者1號于9月5號發射。在兩個旅行者號的兩側都攜帶著來自于地球的問候語,音頻,圖像和音樂(也就是旅行者金唱片)。

這兩個旅行者號看起來就像一對雙胞胎,但是它們的運行軌迹以及使用的科學儀器截然不同。當它們同時穿過木星和土星之間時,旅行者1號會加速向前進入星際空間,旅行者2號則滯留前往兩個冰質巨行星:天王星和海王星。

絢麗多彩的世界

在1986年初次抵達天王星的時候,旅行者2號標記了一片淡青色的雲層以及一個可能存在的“深色區域”。哈勃太空望遠鏡證實了它們的存在。出乎意料的是,在那些深色區域裏存在磁場,當行星正常運轉的同時,磁場會把行星上的粒子拽入螺旋形軌道。目前已發現十個新的衛星,包括遍布坑洞的灰色天衛十五,以及兩個新的灰黑色行星環。(補充:旅行者2號在1986年1月24日最接近天王星,並旋即發現了10個之前未知的天然衛星。另外航天器亦探測了天王星由其自轉軸傾斜97.77°緣故而獨特的大氣層,並觀察了他的行星環系統。在這首次的掠過之中,最接近天王星時只距離天王星的雲層頂部81,500公裏(50,600英裏)而已。)’

三年後,旅行者2號抵達海王星,並向我們傳達了青色和钴藍色雲圖,那些雲層以每小時11,000公裏(每小時18,000千米)速度運轉。圖中深藍灰色的“巨大陰影”中正發生著一場直徑爲一個地球的風暴。(補充:航天器發現了海王星的大黑斑,後來在哈勃空間望遠鏡于1994年再次觀測時卻消失了。最初被認爲是一片大的雲,但後來卻被認爲是雲層上一個空洞。)最大的一個衛星,海衛一,被甲烷冰和噴湧的液氮染成了粉色。

迄今爲止沒有一個飛行器返回。

一張在旅行者2號的觀測基礎上經過計算機合成的圖像,在海衛一表面觀測海王星。

(圖片來源:NASA/ JPL)

我們向未知傳遞信息

相比那些遙遠的冰質行星,更讓大衆感興趣的是旅行者號任務中攜帶的金唱片。Carl Sagan是一位卓越的天文學家,他帶領他的團隊收集並嘗試複刻出地球上的信息來制作這張唱片。唱片內收錄了用以表述地球上各種文化及生命的聲音及圖像,但這張唱片的作用遠不止如此。

其中一種地球之聲是石器,或者說是類似于鍛造石器的聲音。石器是人類和先祖所發明的最經久不衰的技術,即使至今已經過去了300萬年之久,我們仍在使用它。對于幾乎所有人類來說,用石頭將另一塊石頭打磨出邊刃的聲音已經習以爲常。

在唱片中,石頭相互擊打的聲音就像一顆心髒在跳動。

唱片中包含了116張圖像,其中一張記錄了一位黑人科學家穿著實驗服俯身觀察顯微鏡,錯落的耳飾靜靜地垂在他耳邊。耳飾是爲了去證明一種可能存在的觀念:如果那些未知的外星生物看到了這張照片,他們是否知道“飾品”這一概念?與此同時,我們保存了這位科學家所觀測的細胞圖,它的編號爲17。這張細胞圖,包括科學家的照片,都在試圖告知收到圖像的觀測者我們目前已掌握了的微觀觀測技術。

我們用55種語言在唱片中記錄信息。其中一些是古老的語種,例如阿卡德語和赫梯語,這些語種已經在地球上消失了數千上萬年之久。唱片中最常出現的是“歡迎語”,“和平”以及“友善”。葡萄牙歡迎語的表述者是Janet Sternberg,其內容是“願世界充滿和平與幸福”。

漫長的告別

最終,在2018年時旅行者1號和2號完成了日球層頂的穿越,太陽風與星際物質相交會的地方,則被稱爲“日球層頂”。我們的銀河系覆蓋大約100,000光年,現在旅行者2號距離地球只有不到18光年。(日鞘(英語:heliosheath)是在日球層頂和終端震波之間的區域,是太陽系外面的邊界,分布在太陽風創造出的氣泡邊緣。日鞘與太陽的距離在80到100天文單位,目前還處于工作狀態的旅行者1號和旅行者2號正在對日鞘進行研究。在2005年5月,美國宇航局宣布旅行者1號已經在2004年12月(距離太陽94天文單位的地方)越過終端震波進入日鞘中,旅行者2號于2007年八月跨越終端震波並進入日鞘)

當這兩個飛行器在3個無線電(Tidbinbilla,Goldstone,Madrid)和星際之間穿越的時候,它們也在不斷地傳輸信號。(低耗能的帶電粒子儀器目前正處于運轉狀態並且正傳送帶電粒子數據回地球,這些數據讓我們能研究日鞘和終端激波)

美國國家航空航天局深太空網絡(NASA Deep Space Network)展現了在堪培拉附近的Tidbinbilla接受來自旅行者2號的信號的樣子。(圖片來源:NASA/ JPL)

在旅行者號可以離開之前,它們必須穿過奧爾特雲,奧爾特雲在理論上是一個圍繞太陽、主要由冰微行星組成的球體雲團,它可分爲:一個半徑爲20,000-50,000天文單位(0.32-0.79光年)的球形外層雲團,和一個半徑爲2,000-20,000天文單位(0.03-0.32光年)的環形內層雲團。

漸漸地,旅行者2號的系統會停止運行以保障它能在星際間更久地運轉,但在2030年左右我們可能會徹底和它告別。

盡管旅行者2號會漸漸停止傳輸信號,但這不代表它完全停止了工作。在旅行者2號的核能源系統中,Pu-238的半衰期是87.7年,但覆蓋在金唱片表面的U-238的半衰期爲45億年,這兩種元素都會經曆很長一段時間才會變成鉛。

元素的放射性衰變是徹底的,其衰變周期以宇宙年爲單位來計算。直到旅行者2號完成了它的使命,旅行者號計劃才會結束。

曆史意義

旅行者2號的表面會漸漸地被宇宙塵埃腐蝕,可能被腐蝕的速度比旅行者1號還要快,因爲旅行者2號在星際間不同的區域穿梭。然而,旅行者2號所攜帶的金唱片在50億年後仍然能夠被讀取。

或許100年之後,刻印在金唱片上的地球印象仍未被外星生命發現,旅行者號和金唱片對于未來考古學的發展提供了一點幫助。

然而金唱片存在的意義遠不止如此,旅行者號存在的意義在于其本身。旅行者號的存在劃分了人類和宇宙的界限。

當旅行者號停止傳輸信號的時候,它就像人類失去了一種感官。太空望遠鏡只能爲我們展示我們所能夠觀測到的,遠遠不如旅行者號在宇宙直接向我們傳輸信息。

我們是否可以期待有什麽能夠替代旅行者號?

BY:Alice Gorman

FY:冬逝

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