在宇宙中,有一个人造飞船正在孤独地漂泊着,这就是著名的旅行者一号。人类为了探索更加遥远的深空,将旅行者一号与二号从地面上发射,随后旅行者一号便踏上一条远离家乡的不归路。 作为一艘冰冷的无人飞船,它并不会感到孤独,但每个人都能从它的身上感受到一种孤独感,此时的它已经在太空中飞行超过四十年了。 旅行者一号 在漫长的飞行中,为了减少能源的消耗,它基本处于休眠状态,只有到达任务地点时,会开启能用的仪器,检测数据,并将数据传输回地球。其余时间,这艘速度最快的人类造物,其实与陨石也差不多。 在这几十年的旅行中,它为我们探测了许多著名的行星,为科学家们提供了许多珍贵的数据,并且旅行者一号于2012年8月,正式进入星际空间,利用它身上的检测仪器,收集到太阳系外的太空环境数据,结果却是让人大失所望。 神秘的外太空 旅行者一号如何去往星际空间? 首先进入星际空间并不是一件简单的事情,旅行者用了35年才飞到太阳系的边缘,但是要想逃离太阳系,旅行者一号必须先加速到第三宇宙速度每秒16。7公里,这并不是一件容易的事情。 实际上我们所说的第三宇宙速度,是相对于地球而言的速度,而地球相对太阳,本身就以30公里每秒的速度公转着,所以实际上旅行者一号的速度相对于太阳要达到46。7公里每秒才行。 关于发射火箭,很多人应该都知道,燃料的重量往往占据整个火箭的90,剩下的卫星只有5左右的重量,只有这样才有可能将飞船加速到11。2公里每秒的速度,让它拥有足够的速度离开地球引力的束缚。 火箭发射 可是离开地球后,地球上将没有任何物体可以追上飞船,所以当然也无法为飞船补充燃料让它继续加速。而且受限于燃料的重量,飞船的重量必然是能轻则轻,所以飞船上不会再带有任何燃料。 那么只有11。2公里每秒的旅行者一号是如何在没有能源的情况下加速的呢?其实答案很简单,那就是借助庞大行星的引力。 木星与土星的质量是地球的十倍以上,它们的引力也比地球要高出许多,旅行者一号借助星球的引力,在它们的周边旋转加速,顺便近距离收集这些行星的详细数据,最后加速到16。7公里每秒后旅行者一号就调整方向,向太阳系外飞去。 行星通过引力聚集起的环装星盘 本来旅行者一号的目标是探测木星、土星、天王星和海王星的,但是在探测土星时,科学家对于土星的卫星土卫六十分感兴趣,于是更改了它的探测计划,专门探索了土卫六。 由于计划的调整,旅行者一号没有继续探索土星之后的两颗行星,并且它的速度已经加到了17。062公里每秒,于是科学家们操控它借助速度,离开太阳系黄道面,并从太阳系的薄弱面突破太阳的束缚。 在太阳的磁场下,几乎所有物质都被固定在太阳周边的一个是平面之中,其实就是天体围绕太阳旋转运动的区域,这便是黄道面。离开黄道面的旅行者一号大幅减少了撞上陨石的可能性,而且还能更快地到达太阳系的边界。 黄道面概念图 就像地球其实是一个椭圆形的球体一样,太阳系其实也是椭圆形的,因此找对突破的方向,十分重要,方向要是没找好那么将要花费数倍的时间才能离开太阳系的范围。太阳系的边界 说到太阳系的范围,这就不得不说一下太阳系的边界了,科学家们一直对于太阳系的边界没有一个统一的定义,因此关于太阳系的边界,一共有三个定义。 以最遥远的行星海王星为边界,这是在宇宙中划分恒星系的常用标准,在海王星运行轨迹以外的地方,都属于太阳系外,这个范围半径大概有60个天文单位,大概是8。3光时的距离。 地球与海王星 所有的恒星系中,都会充斥着恒星散发出来的能量热辐射,这就是我们常说的太阳风,在太阳风的保护下,宇宙外的危险射线都会被过滤掉很大一部分,因此科学家们基本认为太阳风保护的范围之内,才能算是太阳系内部,这个距离比海王星绕远能达到100个天文单位,大概是13。86光时的距离。 太阳对宇宙的影响并不是仅限于太阳风保护下的空间。太阳的重力影响范围更加远,在距离太阳10万天文单位的奥尔特云,就被太阳的引力影响而旋转着,组成奥尔特云的都是一些冰微行星,和一些比较轻的水冰、甲烷和氨气等固体挥发物,而十万天文单位,相当于1。58光年远。 奥尔特星云 旅行者一号携带的设备 而旅行者一号前往的边界便是第二个边界,现在它距离地球已经有222。34亿千米的距离,从2012年8月到现在也在太阳系外飞行了八、九年之久,在这长达44年的旅行中,旅行者一号身上携带的设备已经有许多无法使用的了,现在能用的就只有磁场调查(MAG)、低能带电粒子研究(LECP)等五个仪器。 这些仪器主要的功能则是收集宇宙中射线与物质的成分。在我们的想象中,宇宙天体之间的空间往往都是寂静且空无一物的。但现实却是,比起空无一物的真空世界,宇宙更像是一个暗流涌动的海洋。 宇宙射线 宇宙间充斥着各种各样的物质,天文学家们将这些物质称之为星际介质。虽然用肉眼或者照相机去看的话,我们大概率还是只能看到无尽的黑暗和似乎空洞的空间。但如果使用探测仪器,就能在星际空间中看到密布与空间中的粒子与辐射场。 旅行者一号将这些粒子与辐射的数据收集起来,传输回到地球上去,但远在宇宙之外的数据并不像我们想象中的那么容易传输。 宇宙辐射 数据的传输过程 在地球表面,我们发送任何信息,都可以使用手机或电脑,动动手指,对方设备就能立刻接受到我们信息。感觉上,现在信息的传输似乎已经能做到瞬间传达,但实际上,即便在地球上,传输的信息仍旧会出现几毫秒的延迟。 人类目前传输的方式就是利用电磁波和光纤传播,这两者的传播速度都是光速,这也是人类目前通讯速度的极限了。因此旅行者一号与我们联系,也要通过无线电波联系。 接收无线电波 但是现在已经离我们222。34亿公里远的它,换算过来这个距离已经有20。6光时,也就是发送的信号必须经过20。6小时后,才能被地球接收到。 如果只是慢一点,那倒也没什么,重点是超长的星际距离会大幅度削弱旅行者一号发射出来的电磁波,因此我们只能建造一个超大的电波接收器,才能收到它发射的信号。 被削弱后的电波发送到地球后,只能携带十分少量的信息,目前旅行者一号与地球间的联系速度,只有每秒160bit,这是什么概念呢,我们常见的数据计算单位是KB,1KB等于1024bit,而在计算机语言中,1bit就相当于一个字节,也就是一个数字。 接受宇宙电波 如果我们以这个速度下载一首3MB的歌,那么我们将耗费13天半的时间才能下完。因此旅行者一号传输的数据基本都是十分精简的,旅行者一号检测完宇宙空间的相关数据,也就传播回64KB的信息。 通过这些数据,科学们认为,目前人类并不具备去太阳系外探索的能力。太空中的有害粒子 从旅行者一号进入星际空间开始,它就开始定时地将检测数据传输回去到地球,一开始由于人类接受信号的设备不够强大,甚至还有一段时间无法接受数据,后来升级了设备后,终于重新与旅行者一号取得联系。 根据旅行者一号的数据显示,太阳风的边界其实并不如我们想象中的那么明显,即便2012年8月旅行者一号就已经离开科学家们计算出来的太阳风边界,但是检测数据中发现,系外太空依然充斥着有害粒子。 宇宙辐射粒子构想图 这意味着在失去太阳风的保护之后,星际空间中的环境将会变得十分恶劣。这些粒子对飞行器的破坏作用并不强,但是长期在粒子的作用下,飞行器设备的损坏速度将会加速,原定在2035年才会报废的旅行者一号很有可能会在恶劣的环境中提前与人类失去联系。 旅行者一号可能时日无多 在宇宙间,宇宙射线对人类最常见的破坏就是破坏遗传基因的稳定,导致人癌变几率增加,而且这些宇宙射线并不能完全依靠防辐射的方式阻挡。因为一些亚原子粒子实际上是有一些质量的,人类一旦撞上这种高速运转的粒子,就会像被一根原子般大小的针扎中。这会对人体造成直接的损害。 这一结果抱有极大期待的科学家们非常失望,因为这意味着人类离开太阳系的宏伟目标显得更加渺茫。 太阳系 目前,科学家们已经开始着手寻找这些有害粒子的来源,分析这些粒子的属性,想办法找到能够防御有害粒子的方法。 多亏了旅行者一号的探测,我们才能对这种恶劣的情况做好准备,将来当我们有能力探索系外空间时,相信这些有害粒子将不再会是一个难题。结语 但是比起这些已经发现的问题,那些还未发现的问题更加危险,如果我们一厢情愿地以为宇宙中只有空荡荡的世界,而直接一头冲进去,那将会导致悲剧的发生。 所以在真正探索之前,使用各种方法,尽可能地找到所有潜在的风险,然后想办法规避风险,这才是最佳的方案。也就是旅行者一号这样的无人探测机存在的意义,保障人类安全地去往更远的地方探测宇宙。 神秘的宇宙总是引人遐想 未来人类要继续发展,就必然只能向宇宙外发展,不然地球上的资源消耗完毕时,我们就只能从地球上窝囊地消失。在发展的过程中,我们也有可能找到除地球以外的生命和文明,届时人类也将不再孤单。