因为176年才会出现的一次发射时机,比当代的技术更重要。
上世纪70年代,科学家敏锐地注意到九大行星(冥王星还未降级)中,木星、土星、天王星和海王星正在向太阳系同一侧靠拢,这种罕见的行星排布176年才会出现一次。
这意味着可以发射一次探测器,把太阳系中的所有行星大佬们一并访问了,同时利用行星引力作为跳板,借各位大佬的力量真正地冲出太阳系,出航宇宙。
于是1977年NASA推出了“伟大航道(The Grand Tour)”计划,还为此上了双保险,旅行者二号和旅行者一号相继升空,如今借助“引力弹弓效应”旅行者们已越飞越远。
引力弹弓效应
“引力弹弓效应”就相当于在宇宙中“借风出行”。这就好比15-17世纪人类开始横渡大洋,单靠划桨肯定是不行的,但借助风力就可以办到,而引力就是宇宙汪洋中肆虐的风。
一个飞行器从一颗行星附近掠过时,会受到行星引力的作用,沿双曲线轨道改变方向。如上图一般这种情况下,V0=V1。
但行星不是静止不动的,如果给行星一个移动速度V',最终V1>V0。但如果V'的速度方向相反,则V1<V0,所以引力弹弓不仅能加速,也能减速,就看科学家们怎么玩。
科学家通过计算八大行星的运行轨道,利用天体的重力场来给旅行者们加速,才能一次又一次将它们弹入更深的宇宙。也就是说,在旅行者号的太空中飞行的主要动力都是来源于引力,飞行器自带的推进器只需用来改变方向与调整角度,保证在利用引力加速的过程中不被“引力锁定”就好了。
目前两个旅行者号是人类利用“引力弹弓效应”最成功的一次宇宙探险,不仅传回了大量行星与其卫星的资料,还让我们对太阳系有个更清晰的认知。
2008年7月3日,《自然》杂志上就曾发表了一篇论文说,两个探测器以完全相反的方向穿越太阳系边缘时与太阳之间的距离存在显著差异,这表明太阳系不像原先认为的那样是一个简单的对称大圆球,而应该近似椭球体,“像个鸡蛋”。
旅行者号的装备
“旅行者1号”和“旅行者2号”两个探测器原本应该叫“水手计划”的“水手11号”和“水手12号”。最后由于有了深入探索宇宙的机会,才更名旅行者。
两个机体大致相同,由几百万个独立部分组成,部分零件损坏可替换,重0.9吨。由于它们的目标是远离太阳,因此并不能像其他探测器一样以太阳能为动力源。它们拥有一个小型核反应堆,一小团钚元素的放射性衰变就能为它们提供上千瓦的能量。
大部分辅助设备都位于中部,携带了宇宙射线传感器、等离子体传感器、磁强计、广角、窄角电视摄像仪、红外干涉仪等11种科学仪器,最重要的是一个直径3.7米的大型无线电天线可以与地球指令部通信,飞向外太阳系的旅行者号完全由地面控制,控制点是NASA的喷气推进实验室(JPL)。
旅行者号,还携带了一张名为“地球之音”的铜质镀金激光唱片,由美国著名天文学家法兰克·德雷克(德雷克方程提出者)和卡尔·萨根(科普大咖)设计,讲述了地球的情况并包含了我们这颗行星上各种声音。
这曾使一些人害怕,害怕在宇宙的“黑森林法则”中泄漏了我们的位置,会让更先进的文明向我们瞄准。然而有这种想法的人一定忘记了宇宙有多么的浩瀚,也不了解旅行者号可能被发现的几率是多么微乎其微。
总结
当代宇宙远洋出航技术,实际上并没有什么重大性的突破。我们还无法做到仅靠飞行器自身的动力系统出航宇宙深空。没有天时、地利、人和的条件,我是无法把探测器送出太阳系的。
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