综述
人类有了飞行技术后,在两次工业革命的发展下,经历了一个小小的技术“奇点”,世界开始迅速发生变化。
人们的生活和以前完全不同,汽车、火车、轮船加强了人类之间的联系,科学理论及研究得到了更多的交流。全球一体化也加快脚步,一切都欣欣向荣,人类终于向太空发起了挑战。
最先由苏联和美国进行的各种太空计划和探索任务,让全世界见证了人类和载人器材升入太空的这一奇迹。大众对于探索宇宙的兴趣和热情也开始有了更多的提升,越来越多的人希望见识到地球乃至太阳系之外的景色。
而科学家则更多地想要探寻地外文明的可能,同时更加详细地了解我们所处的世界。美国作为一个世界强国,自然不会放过任何一个可能的机会,各种太空探索任务也越来越多。
太空探索
上世纪六十年代开始,在各种航空航天任务的开展下,催生了各种岗位并衍生出许多经济活动,美国国力大幅度提升。在太空探索中,美苏两国也常常借此进行政治对抗。
由于太空探索对人类来说存在许多风险,因此选择其他物理手段来进行无人探索显得尤为重要。世界各国在之后几十年的探索里,“航天飞机”计划和国际空间站的建立,开始让越来越多的国家对太空进行共同建设。
空间探测器作为一种非常重要的无人探测手段,用于执行某些特定的探测或者调查任务。这些探测器一般主要用作了解太阳系的起源、行星演变和现状,对其进行各种数据对比,用来更好地理解宇宙本质。
通常来讲,因为需要在恶劣的宇宙空间里进行无人操作,空间探测器往往都具备完善的自动化系统以及强大的通讯系统,以此保证任务能够顺利的开展完成。
苏联在载人航天任务失利后,此后很长的一段时间里,这种任务都由美国进行主导,其中最知名的任务之一就包括了“旅行者计划”。
旅行者号探测器
旅行者计划中,包含了两个无人探测器的发射计划,分别是旅行者1号和旅行者2号。它们都在年相隔不久,升入太空,主要目的是去探测太阳系以及星系内的各个行星。
最初这两个探测器都隶属于“水星计划”里的两位“水手”,但是在后来的计划变动中,水手11号和水手12号的设计已经远超于其他探测器的水准。于是两位水手脱离出来,参加了另外一个独立的项目,准备进行行星旅行。
作为旅行者1号的同伴,旅行者2号在任务上和1号并没有太多的区别,在气态行星的探测中,旅行者2号是首个对太阳系中的四颗气态行星进行探测观察的探测器。根据旅行者2号传输回来的数据,科学家对木星和土星有了许多新的发现,几颗木卫和土卫都被证明了有地质活动和冰层,这些卫星在未来有着许多利用价值和开发潜力。
旅行者1号相较于2号可能会更特殊一些,在探测器的构造上,两者都没有太大区别,并且也都携带了金唱片。虽然有过一些故障,但旅行者1号上的部分功能仪器至今仍能够使用。另外旅行者1号有过几次“引力弹弓”的加速,这也使得其远远领先于旅行者2号。
成果丰硕
旅行者2号圆满完成了自己原有的任务,在对木星的近距离观察中拍摄了木卫、木星环的磁场以及辐射的高清图片,包括在木卫一上还发现了曾经有过的火山活动。对于土星的观察刷新了学术界对土星原有的结构猜想,这让科学家不得不重新对土星的大气浓度和土星环结构进行构思。
这是科学家首次发现地球以外的天体存在活火山,而天王星卫星和海王星卫星的探测发现了这些卫星中存在闪电这种自然现象。
而旅行者1号揭示了地球以外的天体,即像土星环之类的星球系统也能存在复杂的气候现象和土星北极的大气风暴。
由于在观察木星时,木星强大的引力干扰了旅行者1号的运行轨迹,因此其在木星没有停留多久,便被木星给甩了出去,从此开始了自己新的旅途。
考虑到这个时期旅行者1号的任务基本已经完成,在探测器上的许多科学仪器还在继续工作。为了节省电力的消耗,NASA的指挥人员便把探测器上的大部分仪器进行了关闭。
在接下来的十几年里,旅行者1号只有少部分的仪器进行着正常工作,但观察记录还是在继续。中继卫星和宇宙深空网络能够保证NASA与旅行者1号正常的通讯,当需要信息时便会对其进行重新唤醒。
真空物质密度变大
旅行者1号和2号在长时间的飞行中距离我们越来越远,而旅行者1号在年被证明已经进入了星际空间,旅行者2号紧随其后比旅行者1号晚了近6年。而在穿过日球顶层飞行亿公里后,旅行者号探测器传输回的数据让不少科学家都感到惊讶。
根据科学家以往的推测,星际空间才能算作是真正的宇宙,其空旷程度远远大于星系里行星和众多小型天体构成的密集天体系统,“真空物质”的存在和分布应该要比在太阳系里低很多。
在我们大部分人的认识里,宇宙除了恒星、行星、星系,以及众多的地外星系和星云这些,就没有别的东西了。宇宙看起来似乎空荡荡的,每个天体和星系之间都相隔数百光年,实际上宇宙的充足程度远比一般人想象要高出许多。
星系和恒星之间还存在着大量辐射和物质,这被称为“星际物质”。这里面包含各种气体、尘埃以及多样的星际云,占据银河系总质量的5%。无论从平均密度或是密度范围来看,在地球的实验室都不能够建成相应的模型。
我们通过多种电磁波谱线能够测算出星际物质里有气态原子、分子、电子、离子等各种成分。而尘埃可能是各种水、氨、甲烷等冰状物组成,其中还有大量的硅化物、矿石元素、石墨晶体混合。
但越往星际空间里飞行,这里的真空物质密度就越来越大。此前天体物理学家在对银河系中星际介质的平均电子密度计算得出,银河系中的分布大约为每立方厘米0.个,日球顶层外的分布大约在每立方厘米0.个。
而旅行者号上正常工作的等离子波科学仪器探测到了远高于当初计算的数据,旅行者2号在到达亿公里的范围处,所发现的介质密度为每立方厘米0.12个电子。
这跟以往的猜测推论完全不一样,虽然地球上的介质密度也远高于这个数值,但对于星际空间来说,无法预知的情况和状态所导致的介质密度增高,会影响以后对宇宙模型的推导。
宇宙等离子体
由于旅行者1号的仪器在飞行过程中受到的损失较大,很多仪器已经无法工作,对于真空物质的密度观测的数据结果要归功于旅行者2号。
目前两个探测器号都已经证实了,在日球顶层外的星际空间中的等离子比日球顶层内的等离子密度更高,NASA的科学家认为,这或许能表明星际空间以外的等离子体存在某种变化。
旅行者2号的数据表示,在离开太阳风范围前,等离子在日顶层内部边缘被压缩了,而磁场上发现的太阳风顶层外磁场与日顶层磁场平行,这和旅行者1号的观测结果一样。
对此,科学家推测是因为当星际磁场线覆盖日顶层时,磁场线会变得非常强,这让电子会在强磁场下形成一种电磁离子回旋不稳定,耗尽覆盖区域的等离子体。而旅行者2号也的确在飞往日顶层时,探测出比预期更强的磁场。
另外还有一种推测,就是当星际风吹来的物质到达日顶层时会减速,但这种猜想也许会在新视野号上得到验证。另外在年,新视野号就捕捉到了日顶层里中性氢聚积所产生的微弱紫外线信号。高密度的空间状态或许是这种聚集信号的产生和星际磁场线的变化,共同运作而影响出的结果。
除了真空物质的密度增加外,旅行者号还在太阳系边缘发现了巨大的“火墙”。这些火墙是由大量的等离子体构成,温度最高达到了摄氏度。好在这片区域的等离子的粒子密度非常低,能够直接与旅行者2号接触的粒子非常少,这才使得它能够安全地渡过这片危险区域。
目前对于旅行者号的观察结果,还需要更多的数据去支持,这可能要等新视野号后续的观察才能够得到更多详细的理论推导。
猜想
旅行者号携带的金唱片上,有许多关于地球生命和文明的记录,科学家希望在探测器不断探索发现的同时,也期待着能有其他文明生命发现这其中的秘密。生命起源一直是科学界重大的未解之谜,很长一段时间里,天文学家都在不断地在陨石、彗星、地外天体上寻找生命存在的意义。
据科学家推测,星际空间中大量存在的粒子或许在不断地影响星云和尘埃气体间的聚合,分子云的存在能够有助于生命的形成。
里面冰冻的水、甲醇还有氨,在各种宇宙射线的影响下,可以转变为多样化的糖类分子,其中包括核糖、分子核糖这样最原始的有机物。宇宙在膨胀变化的过程中,其中的粒子密度变化和物质演变到底有什么关系或许只有在未来才能够得到解释。
结语
在半导体工业以及集成芯片快速发展的今天,探测器有了许多技术革新。旅行者号如今已经在宇宙中飞行了上百亿公里,几十年的工作时间也让旅行者成为了“古董”,很多科学仪器和设备都已经老化,甚至无法使用。
为了节省能源,只有少数设备还在运行,旅行者2号探测器还曾遇到过技术问题,修复设备系统耗费了大量能源。好在探测器上故障保护程序,探测器现在已经恢复了部分功能。
未来的旅行者寿命只剩下几年时光可以运行,大概在年后,旅行者号便会停止运行,彻底成为一个流浪设备。但它工作的这几十年里,旅行者号为我们带来了许多惊讶的发现。在它成为流浪者前还将继续旅行着,记录它所看到的一切。