" 旅行者 "1、2 號(hào)探測(cè)器已經(jīng)在太陽(yáng)系中飛行了 40 多年。如今，它們已經(jīng)飛出了日球?qū)樱蔀閮H有的兩個(gè)進(jìn)入星際空間的人造物體。隨著電能衰竭，研究人員不得不逐步關(guān)閉 " 旅行者 " 號(hào)的儀器，并計(jì)劃在本世紀(jì) 30 年代結(jié)束這項(xiàng)任務(wù)。從那時(shí)起，它們將與地球失去聯(lián)系，開(kāi)啟無(wú)盡的星際流浪。

撰文｜蒂姆 · 福爾杰（Tim Folger）

翻譯｜丁一

如果星星沒(méi)有排列成行，有史以來(lái)最卓越的航天器就永遠(yuǎn)不會(huì)起飛。這里所提到的星星實(shí)際上都是行星——太陽(yáng)系中最大的四顆行星（木星、土星、天王星、海王星）。大約 60 年前，這四顆行星慢慢形成了特殊的排列，而上一次出現(xiàn)這樣的情況還是在 19 世紀(jì)初，托馬斯 · 杰斐遜（Thomas Jefferson）擔(dān)任美國(guó)總統(tǒng)的時(shí)候。在很長(zhǎng)一段時(shí)間里，這種罕見(jiàn)的行星排列幾乎沒(méi)有引起關(guān)注。第一個(gè)注意到這個(gè)現(xiàn)象的人是一名航空學(xué)博士生，名叫加里 · 弗蘭德羅（Gary Flandro），那時(shí)他正就讀于美國(guó)加州理工學(xué)院。

1965 年，太空探索的時(shí)代剛剛開(kāi)始——蘇聯(lián)在 8 年前發(fā)射了第一顆人造衛(wèi)星 " 斯普特尼克 "1 號(hào)（Sputnik 1）。當(dāng)時(shí)弗蘭德羅正在加利福尼亞州美國(guó)航空航天局（NASA）噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室（JPL）兼職，他的任務(wù)是找到最有效的方法，將太空探測(cè)器送往木星，可能的話，甚至是送往土星、天王星或海王星。他用 20 世紀(jì)工程師最喜歡的精密工具——鉛筆——繪制了這幾顆巨行星的運(yùn)動(dòng)軌跡，并發(fā)現(xiàn)了一件奇妙的事情：在 20 世紀(jì) 70 年代末 80 年代初，這四顆行星將會(huì)像珍珠一樣串成一條天體項(xiàng)鏈，與地球一起形成一條長(zhǎng)弧線。

這個(gè)巧合意味著，航天器在經(jīng)過(guò)每顆巨行星時(shí)，都能從巨行星的引力中獲得提速。這就好比牽引探測(cè)器的無(wú)形繩索在最后一秒斷裂了，將探測(cè)器甩向前方。經(jīng)弗蘭德羅計(jì)算，這種所謂的重復(fù)引力助推，可以把探測(cè)器在地球和海王星之間的飛行時(shí)間從 30 年縮短至 12 年。要實(shí)現(xiàn)這一點(diǎn)，必須抓住契機(jī)，因?yàn)檫@種行星聯(lián)珠現(xiàn)象每 176 年才發(fā)生一次。為了在 " 四星聯(lián)珠 " 發(fā)生時(shí)到達(dá)目標(biāo)行星，科學(xué)家必須在 20 世紀(jì) 70 年代中期發(fā)射一個(gè)探測(cè)器。

" 旅行者 " 號(hào)的旅程

顯然，NASA 想要利用這個(gè)百年難遇的機(jī)會(huì)，因此他們?cè)O(shè)計(jì)了兩個(gè)航天器—— " 旅行者 "1 號(hào)（Voyager 1）和 " 旅行者 "2 號(hào)（Voyager2）。這兩個(gè)航天器一模一樣，在 1977 年夏天的 15 天內(nèi)相繼發(fā)射。" 旅行者 " 號(hào)在太空中已經(jīng)飛行了近 45 年，目前仍在運(yùn)行，每天從比太陽(yáng)系最遙遠(yuǎn)的行星還遠(yuǎn)的地方向地球傳回?cái)?shù)據(jù)。它們比歷史上任何其他航天器都飛得更遠(yuǎn)，工作時(shí)間更長(zhǎng)。而且，根據(jù)科學(xué)家對(duì)日球范圍的理解，" 旅行者 " 號(hào)已經(jīng)進(jìn)入了銀河系的星際空間。它們是首批到達(dá)那里的人造物體，并將在未來(lái)的幾十年內(nèi)繼續(xù)保持此殊榮。最初，" 旅行者 " 號(hào)任務(wù)計(jì)劃只持續(xù) 4 年，就這點(diǎn)而言，現(xiàn)有的紀(jì)錄還算不錯(cuò)。

在 40 年前的早期探索中，" 旅行者 " 號(hào)讓研究人員第一次近距離看到了木星和土星的衛(wèi)星，這些衛(wèi)星上有活火山和冰原裂縫，這讓他們驚訝不已。天文學(xué)家原本以為這些衛(wèi)星會(huì)像月球一樣毫無(wú)生氣，表面遍布隕擊坑。1986 年，" 旅行者 "2 號(hào)成為第一個(gè)飛掠天王星的航天器；3 年后，它又飛過(guò)了海王星。到目前為止，它是唯一一個(gè)完成這種旅行的航天器。現(xiàn)在，作為星際探測(cè)器先鋒的 " 旅行者 " 號(hào)已距離地球超過(guò) 193 億千米，它們?cè)谖粗请H空間中獲得的一系列意外發(fā)現(xiàn)讓理論天文學(xué)家既興奮又困惑。

" 旅行者 "2 號(hào)在 NASA 噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行測(cè)試。

然而，" 旅行者 " 號(hào)的精彩旅程終將結(jié)束。從今年開(kāi)始，NASA 計(jì)劃關(guān)閉 " 旅行者 " 號(hào)的一些系統(tǒng)，以維持剩余的能量?jī)?chǔ)備，將它們那史無(wú)前例的旅程延長(zhǎng)至 2030 年左右。對(duì)于那些從一開(kāi)始就為 " 旅行者 " 號(hào)項(xiàng)目工作的科學(xué)家來(lái)說(shuō)，這是一個(gè)苦樂(lè)參半的時(shí)刻。這項(xiàng)遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)他們預(yù)期的項(xiàng)目現(xiàn)在就要結(jié)束了。

" 我們?yōu)檫@個(gè)項(xiàng)目工作了 44 年半，相當(dāng)于將航天器的保修期延長(zhǎng)到了原計(jì)劃的 10 倍。" 美國(guó)約翰 · 霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室（APL）的物理學(xué)家拉爾夫 · 麥克納特（RalphMcNutt）說(shuō)。他職業(yè)生涯的大部分時(shí)間都在研究 " 旅行者 " 號(hào)。

飛向星際空間

現(xiàn)在，兩個(gè) " 旅行者 " 號(hào)探測(cè)器離地球非常遙遠(yuǎn)，以光速傳播的單向無(wú)線電信號(hào)需要近 22 個(gè)小時(shí)才能追上 " 旅行者 "1 號(hào)，18 多個(gè)小時(shí)才能追上 " 旅行者 "2 號(hào)。每天它們都會(huì)再飛行 3~4 光秒的距離。" 旅行者 " 號(hào)與地球的唯一聯(lián)系是 NASA 的深空探測(cè)網(wǎng)（DeepSpace Network），這是由分布在全球的三個(gè)跟蹤綜合體構(gòu)成的網(wǎng)絡(luò)，能夠在地球旋轉(zhuǎn)時(shí)與航天器進(jìn)行不間斷的通信。隨著 " 旅行者 " 號(hào)在空間和時(shí)間上離我們?cè)絹?lái)越遠(yuǎn)，它們的信號(hào)也越來(lái)越微弱。澳大利亞堪培拉的深空探測(cè)網(wǎng)外聯(lián)和通訊經(jīng)理格倫 · 內(nèi)格爾（GlenNagle）說(shuō)：" 地球是一個(gè)嘈雜的地方，收音機(jī)、電視、手機(jī) …… 都會(huì)產(chǎn)生噪音。因此，我們?cè)絹?lái)越難接收到來(lái)自‘旅行者’號(hào)的微弱信號(hào)了。"

1993 年，格尼特對(duì)星際空間邊界的距離，即所謂的日球?qū)禹敚╤eliopause）的距離，進(jìn)行了計(jì)算，并將日球?qū)禹數(shù)木嚯x設(shè)定為 116~177 個(gè)天文單位（AU，1AU 是指地球到太陽(yáng)的平均距離，相當(dāng)于 1.5 億千米），大約增加到原來(lái)的 25 倍。他說(shuō)，這些估算并沒(méi)有得到同行的認(rèn)同。截至 1993 年，" 旅行者 "1 號(hào)的飛行里程已達(dá)到 50AU。" 如果日球?qū)禹斁嚯x我們 120AU，這意味著‘旅行者’號(hào)還要再飛行 70AU。" 如果格尼特的估算正確，那么以 " 旅行者 " 號(hào)大約 3.5AU/ 年的前進(jìn)速度，至少 20 年內(nèi)，" 旅行者 " 號(hào)仍然不會(huì)離開(kāi)日球?qū)印?/p>

在 1977 年發(fā)射后的 45 年里，" 旅行者 " 號(hào)前往了人造探測(cè)器從未到過(guò)的宇宙空間。

這個(gè)預(yù)測(cè)帶來(lái)了令人擔(dān)憂的問(wèn)題：美國(guó)國(guó)會(huì)能否長(zhǎng)期支持 " 旅行者 " 號(hào)任務(wù)？對(duì)這項(xiàng)任務(wù)的資助已得到延長(zhǎng)，科學(xué)家期望任務(wù)結(jié)束在約 50AU 處，即 " 旅行者 " 號(hào)穿越日球?qū)禹數(shù)臅r(shí)候。但是，" 旅行者 " 號(hào)早已飛過(guò)了 50AU 的里程碑，卻沒(méi)有發(fā)現(xiàn)任何預(yù)期中的星際空間邊界。天文學(xué)家曾設(shè)想 " 旅行者 " 號(hào)會(huì)探測(cè)到突然增強(qiáng)的銀河系宇宙線——高能粒子像彈片一樣，以接近光速的速度從超新星或其它深空大爆炸過(guò)程中噴射出來(lái)。由日球?qū)有纬傻木薮蟠爬O（magneticcocoon）會(huì)使大部分低能宇宙線在到達(dá)太陽(yáng)系內(nèi)部之前發(fā)生偏轉(zhuǎn)。斯通說(shuō)：" 太陽(yáng)磁繭為我們屏蔽了至少 75% 的外部宇宙線。"

" 旅行者 " 號(hào)的地面團(tuán)隊(duì)也在等待探測(cè)器記錄到主導(dǎo)磁場(chǎng)轉(zhuǎn)變的跡象?？茖W(xué)家認(rèn)為星際磁場(chǎng)是由附近的恒星和巨大的電離氣體云產(chǎn)生的，它很可能與日球?qū)拥拇艌?chǎng)方向不同。但是 " 旅行者 " 號(hào)至今還沒(méi)有檢測(cè)到這種變化。

在 2018 年 11 月，當(dāng) " 旅行者 "2 號(hào)到達(dá)星際邊界時(shí)，它也未能探測(cè)到磁場(chǎng)的變化。而且這臺(tái)航天器又提出了另一個(gè)難題：它在距離地球 120AU 的地方遇到了日球?qū)禹敗c 6 年前 " 旅行者 "1 號(hào)所記錄的日球?qū)禹斁嚯x相同。這一結(jié)果與任何理論模型的預(yù)測(cè)都不相符，所有理論模型都認(rèn)為日球?qū)禹攽?yīng)該與太陽(yáng)的 11 年周期同步膨脹或收縮。在這一期間，太陽(yáng)風(fēng)起伏不定。當(dāng) " 旅行者 "2 號(hào)到達(dá)時(shí)，太陽(yáng)風(fēng)正處于頂峰時(shí)期，如果理論模型是正確的，那么太陽(yáng)風(fēng)應(yīng)該將日球?qū)禹斚蛲馔频奖?120AU 更遠(yuǎn)的地方?？死锩准拐f(shuō)：" 這是所有理論物理學(xué)家都沒(méi)有想到的，我認(rèn)為從‘旅行者’號(hào)的發(fā)現(xiàn)來(lái)看，理論模型仍存在不足。"

" 旅行者 " 號(hào)還能運(yùn)行多久？

有些東西的使用壽命比不上它們的硬件壽命，最后變成了收藏品——答錄機(jī)、錄像機(jī)和硬幣等。" 旅行者 " 號(hào)則不然，它們使用 50 年前的技術(shù)，完成了遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)設(shè)計(jì)壽命的任務(wù)。" ‘旅行者’號(hào)儀器上的軟件數(shù)量少得可憐，當(dāng)時(shí)根本不存在計(jì)算機(jī)微處理器！" 克里米吉斯說(shuō)。" 旅行者 " 號(hào)的設(shè)計(jì)者不可能用成千上萬(wàn)行的代碼來(lái)幫助操作航天器?？死锩准拐f(shuō)：" 總的來(lái)說(shuō)，我認(rèn)為‘旅行者’號(hào)任務(wù)之所以能持續(xù)這么久，是因?yàn)閹缀跛械臇|西都是由硬件連接的。如今的工程師不知道如何做到這一點(diǎn)。我不知道現(xiàn)在是否有可能建造出像‘旅行者’號(hào)一樣簡(jiǎn)潔的航天器。‘旅行者’號(hào)大概會(huì)是最后一個(gè)。"

與這些開(kāi)拓性的探測(cè)器說(shuō)再見(jiàn)并不容易。" 我們都不想看到任務(wù)結(jié)束，" 卡明斯說(shuō)，" 但是‘旅行者’號(hào)探測(cè)器已經(jīng)取得了相當(dāng)驚人的成就。我們本不可能到達(dá)日球?qū)禹數(shù)?，但如今已?jīng)做到了。"

" 旅行者 "2 號(hào)上正常運(yùn)轉(zhuǎn)的儀器現(xiàn)在還剩下 5 個(gè)，" 旅行者 "1 號(hào)還剩 4 個(gè)。所有這些儀器都由一個(gè)裝置提供電力，這個(gè)裝置可以把钚放射性衰變產(chǎn)生的熱量轉(zhuǎn)化為電能。但隨著輸出功率每年減少約 4 瓦，NASA 不得不采用了分流模式。兩年前，" 旅行者 " 號(hào)任務(wù)的工程師關(guān)閉了宇宙線探測(cè)器的加熱器，該探測(cè)器是確定穿過(guò)日球?qū)禹數(shù)年P(guān)鍵設(shè)備。既然 " 旅行者 " 號(hào)已經(jīng)到達(dá)了日球?qū)禹?，所有人都以為這個(gè)儀器會(huì)停止運(yùn)轉(zhuǎn)。

施皮爾克說(shuō)：" 這里的溫度下降了約 60~70 ℃，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了任何儀器的設(shè)計(jì)運(yùn)作極限，而宇宙線探測(cè)器卻一直在正常工作，這是多么的不可思議啊。"

" 旅行者 " 號(hào)最后停止運(yùn)行的兩個(gè)儀器很可能是磁力計(jì)和等離子體科學(xué)儀器。它們裝在飛船的船體內(nèi)，計(jì)算機(jī)發(fā)出的熱量為它們保溫。其他儀器都懸掛在一個(gè) 13 米長(zhǎng)的玻璃纖維吊桿上。多德說(shuō)："當(dāng)加熱器關(guān)閉后，所有儀器都會(huì)變得非常非常冰冷。"

即使 " 旅行者 " 號(hào)處于完全靜默的狀態(tài)之后，它們的飛行旅程仍將繼續(xù)。16 700 年之后，" 旅行者 "1 號(hào)將經(jīng)過(guò)離我們最近的恒星，半人馬座比鄰星。再過(guò) 3600 年之后，" 旅行者 "2 號(hào)將緊隨其后。然后，" 旅行者 " 號(hào)將繼續(xù)在銀河系中繞行數(shù)百萬(wàn)年。即使將來(lái)我們的太陽(yáng)坍塌、日球?qū)硬粡?fù)存在——更不用提我們的地球了—— " 旅行者 " 號(hào)仍然會(huì)幾乎完好無(wú)損地在銀河系中環(huán)游。也許，在未來(lái)的某個(gè)時(shí)刻，" 旅行者 " 號(hào)會(huì)成功地傳出最后一條信息。這條信息不會(huì)是由無(wú)線電傳輸?shù)?，如果能被接收到，那接收者一定不是人類?/p>