在2018年12月的国际地球物理联合大会上 , 旅行者号团队终于向外界公布了这一喜讯 。 通过旅行者2号携带的等离子体谱仪和宇宙射线探测系统等科学仪器 , 他们终于确认 , 旅行者2号在2018年11月5日穿过了太阳的边界 , 也就是所谓的日球层顶 。 在这个边界上 , 来自于太阳的辐射粒子陡然下降 , 而来自宇宙的辐射粒子相应增多 。 团队通过发回的信息得知 , 无论是太阳系内还是太阳系外 , 都充满了危险的高能辐射 。
传回这个信号有多不容易?
和探测完木星之后直接向外太阳系进发的旅行者1号不同 , 旅行者2号是迄今为止唯一一个一次性飞过木星、土星、天王星和海王星的探测器 。 也因此在内太阳系逗留的时间较多 , 才被稍晚发射的旅行者一号超越 。 而且旅行者1号借助的是木星的引力 , 所以速度比2号快出许多 , 到现在已经比2号多飞了25个天文单位 , 也就是25个地球到太阳之前的距离 , 在未来 , 这个差距会越拉越大 。
【旅行者|旧飞船从222.34亿千米外传回64KB数据,发现系外太空充斥有害粒子】Tips:日球层顶 , 也称为太阳风层顶 , 是天文学中表示出自太阳的太阳风遭遇到星际介质而停滞的边界 。 日球层顶半径120个天文单位 , 厚度0.5个天文单位 。
由于时间紧迫 , 所以旅行者1号和2号的结构完全一致 。 可惜的是旅行者1号的等离子体谱仪早在1980年穿越木星的时候就坏掉了 , 所以旅行者2号的高能粒子探测才成为了关注的焦点 。 截止到2019年2月28日 , 旅行者号已经距离太阳分别有145和121个天文单位了 。 在这个距离下 , 以光速传播需要16.5个小时才能到达地球 , 而太阳的光传到地球只需要8分钟左右 。 而且受技术条件的限制 , 旅行者使用的还是模拟信号编码 , 每秒钟只能传递几个字符 , 这样下来 , 地球和它们之间想完成一次一来一回的交流 , 至少需要40个小时 。
Tips:高能粒子 , 是现代粒子散射实验中的炮弹 , 是研究物质基元结构的最有用的工具几乎是粒子物理学家们唯一的工具 , 没有高能粒子的散射实验 , 近代物理几乎不会发展起来 。
为了保证与地球之间的联系 , 旅行者号在设计之初 , 就选择了口径达3.7米的高增益天线 , 并且配备了精度极高的陀螺仪 , 可以用来修正天线的方向 , 让它时刻对准地球 。
不过即便如此 , 旅行者1号的发出的信号还是非常微弱 , 毕竟目前它的功率只有20瓦 , 并且信号会随着距离的拉远而越变越弱 。 为了接受到旅行者号的消息 , NASA从上世纪60年代就开始建造用于星际通信的信号接收系统 , 名叫深空网络 。 它是一个可以支持星际无线电通信和射电天文学观测的全球性天线网络 , 由全球三个天文台的一系列天线阵列组成 。 每个天线的直径可以达到70米 , 可以把微弱的信号放大上亿倍 , 是如今灵敏度最高的天线系统 。 尽管如此 , 地球和旅行者号在通信时还是避免不了延迟缓慢的硬伤 。
Tips:陀螺仪是用高速回转体的动量矩敏感壳体相对惯性空间绕正交于自转轴的一个或二个轴的角运动检测装置 。
为了保证信号频段不被干扰 , 旅行者1号采用了2.3GHz~8.4GHz的高频信号与地面通讯 , 而深空网络则选择2.1GHz信号 。 不过 , 使用模拟信号通讯还是有一个麻烦 , 就是它难以保证信号的准确性 , 所以在传递信号的同时 , 还要发送纠错码来校验信息 。 为此 , 旅行者一号想要传回一张大小1MB的照片 , 都需要花费将近半个月的时间 。 所以 , 别看这次旅行者号只是发回了一个64kb大小的文件 , 背后付出的代价是我们常人难以想象的 。
Tips:深空网络Deep Space Network DSN , 由美国国家航空航天局(NASA)建立 , 成为美国国家航空航天局喷气推进实验室(JPL)的一部分 。
而旅行者2号的条件更加艰苦 , 在1989年飞过海王星的卫星之后 , 旅行者2号就已经完成了自己的使命 。 为了获取更加精确的信息 , 团队让旅行者2号近距离飞跃海卫一的北极 , 使它的轨道相对于行星盘向南偏转 。 这让地球上两个北半球的深空站已经无法捕获它的信号 , 只有南半球澳大利亚的70米口径天线DSS43 , 依旧有足够的功率和它保持联系 , 所以地面再也无法24小时向旅行者2号发送指令 。 而更糟糕的是 , 深空网络已经修建了50年 , 各种器材老化 , NASA不得不在2020年3月停机维护 。
Tips:海王星的大气层的化学组成以氢分子和氦为主 。 此外 , 海王星大气中还有微量的甲烷 , 这是使行星呈蓝色的原因之一 。
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