转载：他是人类最伟大的太空旅行者，只有他造访过海王星

2019-2-24 19:45| 发布者: 采编员| 查看: 573| 评论: 0|原作者: 但斌|来自: 新浪博客

摘要: 他是人类最伟大的太空旅行者，只有他造访过海王星原创：我是拾遗君拾遗 1月9日拾遗物语 1977年的这次太空探索，为什么至今无法被超越？今天讲述的这个故事，是发生于1977年的一次天空探索。这次太空探索太传 ...

他是人类最伟大的太空旅行者，只有他造访过海王星原创：我是拾遗君拾遗 1月9日拾遗物语 1977年的这次太空探索，为什么至今无法被超越？今天讲述的这个故事，是发生于1977年的一次天空探索。这次太空探索太传奇了，以至于被誉为是“人类历史上最伟大的太空探索”。有多伟大？我们至今无法超越。我为什么突然想讲这个故事呢？因为就在上个月，美国航空航天局（NASA）发布消息： “他已经成功飞越太阳日光层，正式进入星际空间。” 这个伟大的太空旅行者，在经过41年的漫长跋涉后，终于摆脱太阳的控制，开始了伟大的星际旅行。苏联第一颗人造卫星Sputnik-1 1美苏争霸二战一结束，美苏争霸就开始了。 1957年10月4日，苏联通过洲际弹道导弹改装的运载火箭，发射了人类第一颗人造卫星Sputnik-1。这一下，美国人慌了。一个月后，苏联再发神威，又成功发射了更大更重的Sputnik-2。这一下，美国人更慌了。为什么慌？ “我们担心的不是卫星，而是送它上天的背后技术。如果能够发射这么庞大的导弹，他们就可以轻松发射热核弹。” 美国人为此非常焦虑，甚至造成了华尔街股市的大震荡，史称“史普尼克危机”。为了化解危机、缓解焦虑，美国决定在1957年12月6日，大搞一次现场直播——发射人造卫星Vanguard TV3。没想到Vanguard TV3发射才几秒，就发生了猛烈爆炸，美国政府颜面尽失。时任美国总统艾森豪威尔气坏了，发誓一定要追上并赶超苏联。于是在他的筹划下， 1958年7月29日，美国成立了国家航空航天局（NASA）。 NASA成立后不久，就制定了一系列著名的太空计划，水手计划、阿波罗计划、太空实验室等等，决定帮助美国在太空竞赛中找回面子。故事就从这里开始了。 2引力弹弓这其中的一个计划，就是深空探索计划——探索太阳系八大行星。探索与地球临近的金星水星，虽然难度大，但不是不可能。但要探索较远的木星土星，甚至更远的天王星海王星，那就成了“不可完成的任务”。为什么呢？因为距离实在是太远了。凭借当时的火箭助推技术，人造探测器所获得的速度，到达海王星需要近40年时间，就是依靠现在火箭助推技术人造探测器到达海王星也要30年。这对于急于见到成果的美国来说，这显然是无法接受的。 “只有放弃探索天王星海王星。” 质量越大的星球，其引力弹弓效应越强时间一晃就到了1961年。这一年，美国数学家米诺维奇，开始琢磨一个数学问题：一个从地球发射的航天器，在经过太阳系其他行星时会发生什么变化？米诺维奇通过反复计算发现： “当航天器靠近一颗行星的时候，会被它的引力所吸引。由于行星本身就在高速围绕太阳旋转，所以它就拖着航天器跟着它一起跑，从而把自己的速度也传给航天器。只要航天器不被行星捕获，它就能叠加行星提供的额外速度，从而以比原来大得多的速度被抛射出去。” 米诺维奇的这个发现，就是物理学上著名的“引力弹弓效应”。这个发现，让NASA的深空探索看到了曙光。 “在发现引力弹弓之前，人类发射的航天器连火星也到不了。而在此之后，人类就有了探索整个太阳系的能力。” 弗兰德罗发现了一条意义非凡的航线 1965年夏天，加州理工学院研究生弗兰德罗，跑到NASA下属实验室去做暑期实习。实习期间，他承担了一份差事——计算从地球飞往其他行星都有哪些可能航线。这份差事技术含量并不高，所以很多人都不愿意做，但弗兰德罗毫不介意。弗兰德罗在计算航线时，突然开了一个脑洞：是不是存在一条可使航天器一次访问多个行星的航道呢？经过很多很多次计算后，弗兰德罗终于发现了这条惊人航线： “我发现12年后，也就是1977年的夏秋时候，木星、土星、天王星和海王星，都会运行到一个特别合适的位置。如果在这个时间段内，向木星发射一个探测器，它会先被木星的引力弹弓甩向土星，再被土星的引力弹弓甩向天王星，然后被天王星的引力弹弓甩向海王星，最后被海王星的引力弹弓甩向外太空。凭借引力弹弓效应，一个探测器就可以同时探索四大行星。而且，更重要的是，探索的时间大大缩短了。飞往海王星本来需要花40年，但选择这条航线，就能把航行时间缩短到12年。” 旅行者1号 3行星壮游弗兰德罗的这个发现，让整个NASA都兴奋起来。 “这种机遇，176年才有一次，我们必须抓住。” 于是NASA采纳了弗兰德罗建议，决定实施“一次探索四行星计划”，并取了一个漂亮的名字——“行星壮游”。但这个计划的成本实在是太高了，需要整整10亿美元。但雄心勃勃的科学家们，实在不愿放弃这次机遇， “决定设计四艘太空飞船，开启这次伟大的探索。” 但这个计划很快搁浅了。尼克松当选美国总统后，大幅削减了NASA的经费，迫不得已，NASA只得取消“行星壮游”计划。但科学家们始终心不甘，不断地进行游说，终于在1972年打动了尼克松。尼克松同意再次启动该计划，但附加了一个条件： “只能给2亿5千万美元经费。” 经费虽然大幅削减，但有总比没有强， “建造四艘太空飞船的计划，只得缩减为两艘。” 这两艘太空飞船建好后， NASA组织了一次公众投票，美国民众最后给两艘太空飞船选了一个诗意的名字——旅行者号。 “他们将成为人类历史上最伟大的旅行者。” 旅行者2号 4更大野心科学家们在设计两艘旅行者号时，悄悄地留了一手，因为他们有着更宏大的野心：希望两艘飞船在完成探索四颗行星的计划后，并不就此终止任务，而是继续飞行，飞出太阳日光层，飞出整个太阳系，去开启前所未有的星际旅行，去探索太阳系之外的星际时空。核能供电旅行者号虽然可以借助引力弹弓效应，并利用惯性持续在太空飞行，但在进行变轨、航道修正，进行拍照、传输信号的时候，还是需要很多能量。但能量从哪里来？显然不能单单依靠太阳能发电，因为距离太阳越来越远，能吸收的阳光就越来越弱。所以必须采用另一个办法，来保证旅行者号可以获得稳定的能量。科学家们经过一番研讨后，给两艘飞船安装了放射性同位素温差发电机。 “这是一种可将钚-238裂变产生的热量转换成电能的核电池。” 核电池预计可以用到202x年， “旅行者号飞出太阳系日光层，耗光电能之后，可依靠惯性穿过奥尔特云，然后飞向下一个恒星系。” 西屋时间胶囊掩埋仪式 5金属唱片美国有一位非常著名的天文学家、科幻作家，叫卡尔·萨根。 1939年，5岁的萨根，在参观纽约世界博览会时，被一件事深深打动：“西屋时间胶囊”掩埋仪式。西屋电器制造公司打造了两个胶囊形状的钢化铜罐，这个罐子非常耐腐蚀，可以保存很多很多年。然后西屋公司将该时代非常有代表性的一些物品，如剃须刀、电话机、书籍等，以及爱因斯坦的一封信放入罐子，再将罐子深深掩埋起来，准备在5000年后打开。西屋公司及科学家们有一个美好愿望：希望5000年后的人类或外星人，打开这个“时间胶囊”后，可以根据里面装着的物品，来推断5000年前的地球是什么样子、到底住着什么样的一群人。这个时间胶囊掩埋仪式，像锥子般刻在萨根记忆里，开启了他对时间、对宇宙的兴趣，并引领他成为了一名天文学家， “我长大了也想造一枚时间胶囊。” 卡尔·萨根 1977年初的某一天，萨根突然接到一个电话，电话是旅行者号项目组打来的： “我们想给外星人发送一些可靠的信息，想请你来负责……” 萨根立马兴奋起来。他召集一批专家，成立了一个小型委员会。然后大家开始思考一个问题：到底向外星人发送一些什么信息？显然，不可能是真正的物品。因为飞船非常小，携带不了多少东西，即便可以携带，这些东西也无法保存上亿年。怎么办？萨根想起了小时候看到的时间胶囊， “能不能仿照这个方式，将信息录入一个载体中？” 委员会的专家都很赞同。但用什么做载体呢？当时流行的信息记录技术是磁带。但磁带显然不行，因为太容易受磁场和辐射干扰，录入的信息保存不了那么长时间。经过很多次讨论后，射电天文学家德雷克解决了这个问题： “制作一张金属唱片，让信息刻录于其中，这样不仅易于外星人解读，蚀刻的信息也可以保存上亿年。” 金属唱片然后萨根开始思考另一个问题：在金属唱片上刻录什么信息呢？最后萨根脑洞大开，为了展现地球生命的多样性以及地球上的文明，他刻录了很多声音及图像资料。这些声音包括：风、闪电、海浪等自然界的声音，鸟、鲸等各类动物发出的声音，当然，也少不了人类的声音。萨根在上面刻录了多种方言问候语，其中有四种来自中国，就是普通话、闽南语、粤语、吴语。萨根还在上面刻录了27首经典音乐作品，其中有一首就是中国的《高山流水》。萨根还在上面刻录了115张图片，其中有一张就是中国的长城。 ………… 制作完这个金属唱片后，科学家们又在唱片的封面上，分别用数学和物理语言，刻画了唱片的播放方式，以及探测器的发射时间，并在上面标注了地球所处的位置。最后，科学家们又在唱片一个2厘米区域镀了一层超纯铀238。铀238会稳定衰变为铅206，半衰期为44亿5千万年。 “外星人可以通过这个方式，计算旅行者号飞越的时间。” 两张相同的“金属唱片”，就这样被牢牢固定在了旅行者1号、2号上。旅行者1号和2号的轨迹图 6开启旅程 1977年8月20日， NASA成功发射了旅行者2号。旅行者2号肩负的任务是：探索木星—土星—天王星—海王星。 1977年9月5日， NASA又成功发射了旅行者1号。旅行者1号肩负的任务是：探索木星—土星—天王星—海王星。 “行星壮游”就这样开始了。两艘旅行者号采用电磁波的形式，传回了一系列震撼人心的信息和图片。 1979年2月13日，旅行者1号拍下了木星和它的两颗卫星。左边是木卫一，右边是木卫二。旅行者1号，还拍下著名的木星红斑。那里的风暴，已经刮了400年。充满活力的云带，以超过600千米的时速，不断绕着木星大气旋转。 1979年3月，旅行者1号接近木卫一时，捕捉到了火山喷发的照片，这是人类第一次在太阳系其他天体上发现活火山。 1979年7月7日，旅行者2号拍摄的结满冰层的木卫四。 1979年7月9日，旅行者2号拍摄的木卫二，发现其结冰表面之下，竟是全球海洋。 1979年7月旅行者2号拍下的木星照片。 1977年9月18日，旅行者1号在距离地球1166万千米处，拍摄的新月形的地球与月亮。 1981年8月，旅行者2号拍下土星和它的4个卫星：土卫三、土卫四、土卫五和土卫一。 1981年8月22日，旅行者2号在距离土星400万千米处，拍下了土星的大光环。 1981年8月，旅行者2号拍摄的土卫二，它是一颗在表面冰层下拥有海洋的星球。 1980年11月，旅行者1号回望土星时，拍下了这幅土星及土星环的全景图。当时，它距离土星大约530万公里。四天前，它刚刚从土星边上飞过。 1986年1月初，旅行者2号近距离经过了太阳系第七颗行星——天王星。美丽的天王星，犹如天使的梦境般纯粹。这是人类目前唯一一次近距离拜访天王星。 1986年1月25日，旅行者2号拍摄的天王星，当时它正离开天王星，前往海王星。 1989年8月20日，旅行者2号在距离天王星约700万千米，拍下了这张海王星照片。 1989年8月旅行者2号拍摄的海王星和海卫一，当时它距离海王星大约486万千米。 1989年8月24日，旅行者2号拍下的海卫一。旅行者1号和2号，拍下了数以万计的壮丽图片，在这里就不一一列举了。冰层覆盖的木卫二这次“行星壮游”，获得的重大发现实在是太多太多了：第一次发现木星大红斑是个反气旋风暴。第一次发现地球之外的太阳系行星存在活火山。第一次发现竟然存在沿行星自转方向逆行的大卫星。第一次发现天王星竟被汪洋大海覆盖，深度达8000千米。第一次发现海王星磁场竟然沿赤道横向分布。 ………… 这样的第一次实在是太多了。关于这次“行星壮游”的意义，旅行者号计划首席科学家爱德华·斯通，说了这样一句话： “旅行者号的发现告诉我们，仅仅根据地球来了解太阳系，视角实在太过狭隘，我们必须重新思考地球，地球是如何演化的，以及变化的潜力。” 旅行者1号 7暗淡蓝点这次“行星壮游”，旅行者1号和2号非常想完成的一个任务，就是探索土卫六，也就是泰坦（Titan）。因为泰坦拥有最接近地球的大气，所以科学家们想看一看，这是不是一颗“史前地球”。 1980年11月，旅行者1号终于接近泰坦，没想到泰坦大气雾霾太过浓密，旅行者1号无法看清其表面。于是项目组决定： “让旅行者1号以极近距离掠过泰坦。” 结果近距离靠近后，依然无法看清土卫六，旅行者1号只好放弃对土卫六的探索。但这次驶近土卫六，让旅行者1号受到了额外的引力影响，它失去了借助木星飞往天王星和海王星的机会，只得离开土星后直接飞向太阳系外。请把手机横向观看——旅行者1号飞行路线于是旅行者1号完成土星任务后，便开始向太阳系外飞去。 2012年8月25日，旅行者1号终于穿过太阳风层，进入寒冷黑暗的星际空间。最后它将穿过奥尔特云，飞向下一个恒星系。旅行者1号，就这样成了人类第一个进入星际空间的人造物体。旅行者1号现在距离我们多远？大约145AU，即144个地球到太阳的距离，即便是光，也需要行走20小时6分钟。这张“暗淡蓝点”照片，在“太空看地球十佳照片”中排名第一 1980年，旅行者1号完成土星任务后，就关闭了摄像头。但几年后，萨根突然脑洞打开：希望旅行者1号到达太阳风边缘时，再拍摄一次地球。如果成功，这将是人类最遥远的一次回眸。但萨根的想法没得到项目组支持，因为项目组不想再增加额外费用。但萨根不死心，他去恳求美国宇航局局长、海军上将特鲁利。终于，他说服了将军。于是1990年2月14日，也就是情人节那天，旅行者1号重启摄像头，在距离地球40亿公里处，拍下了这张“暗淡蓝点”照片。照片中那0.12像素的暗淡蓝点，就是我们生活的地球。看到这张照片后，萨根写下了著名的一段话： “细心再看，你会看见一个小点。再看看那个光点，它就在这里。那是我们的家园，我们的一切。你所爱的每一个人，你认识的每一个人，你听说过的每一个人，曾经有过的每一个人，都在它上面度过他们的一生。数以千计的自以为是的宗教、意识形态和经济学说，所有的猎人与强盗、英雄与懦夫，文明的缔造者与毁灭者，国王与农夫、年轻的情侣，母亲与父亲、满怀希望的孩子，发明家和探险家、德高望重的教师，腐败的政客、超级明星、最高领袖，人类历史上的每一个圣人与罪犯，都住在这里——一粒悬浮在阳光中的微尘。 ………… 有人说过，天文学令人感到自卑并能培养个性。除了这张从远处拍摄我们这个微小世界的照片，大概没有别的更好办法可以揭示人类妄自尊大是何等愚蠢。对我来说，这强调说明我们有责任更友好地相处，并且要保护和珍惜这个淡蓝色的光点，这是我们迄今所知的惟一家园。” 旅行者2号飞行轨迹 8旅行者2号在完成海王星观测任务后，旅行者2号开始向太阳风层边缘驶去。 2018年11月5日旅行者2号终于飞出太阳风层边界，成为第二个进入星际空间的人造物体。旅行者2号，作为一个人造探测器，一口气探索了四颗行星，这不仅是一种前所未有的壮举，更是一次里程碑式的太空探索。

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