飞出太阳系

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  在飞行33年后,“旅行者一号”探测器目前已到达太阳系边缘一个遥远的位置,在这里太阳风,不再向外运动,这意味着它即将——
  2010年12月13日,美国宇航局宣布,该局于33年前发射的“旅行者一号”探测器目前的所在位置距离太阳约178亿千米,即将离开日球层顶(见“名词解释”)。在这里,来自太阳的太阳风受到来自周围恒星的恒星风的阻挡而停止,不再向外运动。这一事件意味着,“旅行者一号”即将飞出太阳系,成为迄今飞得最远的人造物体。
  “旅行者一号”于1977年9月5日发射,到2004年12月,它跨越终端震波(也叫“激波终止区”,是太阳风速度开始减小的区域),进入日鞘(日球层顶和终端震波之间的区域,被认为是太阳系外面的边界)。到2010年6月,“旅行者一号”飞到距离太阳约170亿千米的位置。科学家用了四个月的时间,利用“旅行者一号”搭载的低能带电粒子探测仪获取的数据进行推算,最终确信“旅行者一号”已经进入太阳风速度为零的区域。现在,科学家相信“旅行者一号”正在跨越日鞘,即将进入星际空间(见“名词解释”)。在“旅行者一号”的漫长行程中,这是一个重大的里程碑。
  “旅行者一号”能飞得如此之远,令科学家大吃一惊,因为这是他们始料未及的。事实上,当年这艘探测飞船升空时,美国才进入太空时代不过20年时间,而且当时无任何证据显示像“旅行者一号”这样的探测器能飞这么远。
  “旅行者一号”还能飞多远呢?电脑模型数据显示,它将在大约四年后彻底告别太阳系,成为在星际空间飞行的第一个人造物体。科学家希望“旅行者一号”能在太阳系之外进行为期五年的探索,直到其携带的钚燃料耗尽。
  
  任重道远
  
  “旅行者一号”是一艘无人太空探测器,重815千克,最初属于“水手计划”中的“水手11号”飞船。20世纪60年代,美国宇航局开始酝酿一个“大旅行”计划,旨在研究外太阳系(太阳系内靠近太阳系边界的区域)行星。20世纪70年代初,这一计划开始实施。当时恰逢176年一遇的行星连线,太空船只需要少量燃料以作航道修正,其余时间则可利用引力援助(当时的一项新技术,即飞行器利用经过行星或恒星时受到的引力来使自己增加速度和改变方向),借助各个行星的引力加速。这样,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、天王星及海王星。’“旅行者一号”及其姊妹船“旅行者二号”就是为此而设计的。
  后来,因预算减少,“水手”任务的规模被削减至只经过木星和土星,计划也更名为“水手·木星-土星探测”。之后,这个计划再次更名为“旅行者”,任务是探测太阳风顶以及对太阳风进行粒子测量,其设计已大大不同于先前的“水手”计划。
  “旅行者一号”的姊妹船“旅行者二号”发射于1977年8月20日。这两艘飞船的飞行轨道和飞行速度都不同:“旅行者一号”向北飞,飞得更快,速度约为每秒17千米;“旅行者二号”向南飞,速度约为每秒15千米,它目前已到达距离太阳约142亿千米的一个位置。科学家预计,再过几年,它也会遇到和“旅行者一号”类似的情况。
  虽然“旅行者一号”比“旅行者二号”晚发射两星期,但它被发射到较快的轨道中,所以更早抵达木星和土星。“旅行者一号”从1979年1月开始为木星拍照,它最接近木星时与木星中心的距离仅为34.9万千米。
  两艘“旅行者”对木星及其卫星、木星辐射带(见“名词解释”)和此前从未见过的木星环的探测取得了一系列重要发现,其中最令人惊讶的发现就是木星的卫星伊娥(木卫一)上存在火山活动,而无论是地面观测还是“先锋10号”探测器(1973年3月3日发射)和“先锋11号”探测器(1973年4月6日发射)都未能探测到伊娥上面的火山活动。
  在成功借助木星的引力后,两艘“旅行者”朝土星方向进发,并成功造访土星及其卫星和环系统。1980年11月,“旅行者一号”掠过土星,距离土星云层顶最近时约12.4万千米。“旅行者一号”搭载的相机探察到了土星环中的复杂结构,搭载的遥感设备则探索了土星大气层和土星的卫星泰坦(土卫六)。由于“先锋11号”在早前一年曾探测到泰坦上空有稠密的大气层,所以地面控制中心指令“旅行者一号”靠近泰坦作近距离探测,并随之终止了它探访其余两颗行星的计划,而让“旅行者二号”继续进行“大旅行”,造访天王星和海王星。1980年11月20日,地面控制中心指令“旅行者一号”利用泰坦引力援助完成转轨,由此结束了其“大旅行”任务,改为探索星际空间。
  1990年2月14日,“旅行者一号”拍下了第一幅从太阳系外缘看到的太阳系“全家福”,其中包括有名的“淡蓝小不点”(即从很远的地方拍摄到的地球的样子)。据估计,两艘“旅行者”都有足够的电能来让各自的无线电传送器一直工作到至少2025年,到那时这两艘“旅行者”在茫茫太空中的飞行将超过48年。
  
  太阳系有多大
  
  “旅行者一号”即将飞出太阳系。那么,太阳系究竟有多大呢?大得令人难以想象。太阳与地球之间的距离(日地距离)约为1.50亿千米,这被称为1个天文单位。太阳与冥王星之间的距离则比日地距离大得多,达到了40个天文单位,约为60亿千米。那么,从太阳到冥王星究竟有多远呢?不妨这样来说:如果你从0开始数数,每秒数一个数,那么你要数近120年才能数到60亿。或者换一种说法:你以典型的高速公路速度(每小时1130千米)驾车去冥王星,这趟行程大约要花70(30年,所以你千万记住带够干粮。
  不过,我们这里要回答的问题并不是从太阳到冥王星有多远,而是从太阳到太阳系的“边缘”有多远,因为太阳与冥王星之间的距离并不是太阳系的半径,太阳系的延伸范围远远超过行星和矮行星,现在已知有远离太阳接近1000个天文单位的彗星,这差不多是太阳与冥王星之间距离的25倍,相当于1400亿千米。这个区域被认为是太阳系的“合法边界”之一,也被称为日光层的外界。
  太阳系的另一个“合法边界”被称为奥尔特云。虽然它的存在是假想和有争议的,但大多数天文学家如今都相信存在奥尔特云。奥尔特云延伸大约2光年,几乎是到另一颗相邻恒星距离的一半。1光年是指光线在一年中所走的距离,光速为每秒30万千米,因此1光年就是94600亿千米。如果把这个“大约2光年”转换成一个比千米更大的单位——英里(1英里等于1.609千米),就是介于11万亿~12万亿英里之间。12万亿就是120000000000!如果你还是一个数一个数地从1数到12万亿,每秒数一个,那么就要数380000年才能数完。如此看来,太阳系真是大得不可想象。
  
  飞得最远的人造物体
  
  随着“旅行者一号”向着星际空间
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