探索宇宙奇跡:旅行者1號如何跨越243億公里,保持與地球的不間斷聯繫?
更新于:2025-03-26 06:54:03

現代科學認為,我們的太陽系形成於46億年前。當時,整個太陽系處於一片混沌狀態,其起源可追溯至一個旋轉的氣體與塵埃雲團,即所謂的太陽星雲。在引力的作用下,這個太陽星雲逐漸凝聚形成了太陽和諸多行星,這一過程歷時長達5000萬年。太陽系的演化經歷了三個關鍵階段:形成期、巨輪期與穩定期。在形成期中,諸如行星、衛星、彗星以及小行星等天體逐步形成;在巨輪期,這些天體經歷了漫長的撞擊與重新排列過程,最終使行星及衛星軌道穩定。最後,進入穩定期的太陽系中的天體便沿著固定的軌道運行至今。據科學研究揭示,太陽系中,太陽的總品質佔到了太陽系總品質的99.86%,而其餘八大行星及其他物質僅佔了0.14%,由此不難看出太陽的品質之巨大。

在太陽系的八大行星之中,地球是唯一一個孕育了生命的星球。作為地球上最具智慧的生命形式——人類,自誕生之日起就開始不斷探索宇宙奧秘。如今,人類已能走出地球,開展太空探索,這標誌著科技發展的飛速進步。為了探索宇宙的奧秘,科學家發射了許多先進的探測設備,諸如旅行者1號和2號、先驅者10號和11號,嫦娥二號等探測器,它們對拓展人類對宇宙的了解貢獻良多。尤其是旅行者1號和2號探測器,它們在上世紀70年代的美蘇冷戰背景下,成為了美國展示其在太空探索領域的技術實力與領先地位的重要手段之一。旅行者1號正是利用了1977年太陽系內行星的特殊排列,借助行星引力進行加速,從而以更少的燃料消耗在較短時間內訪問多顆行星,為探測器提供了極佳的發射時機。

這使其得以高效完成木星、土星等行星的探測任務。當時,美國在航天技術、電子技術、材料科學等領域取得了長足進步,使得研製並發射像旅行者1號這樣複雜且先進的深空探測器成為可能。例如,探測器上配備的先進科學儀器和通訊設備能夠實現對天體的觀測、測量和數據傳輸。在這些先進技術的支撐下,旅行者1號探測器成功發射升空,並於1979年3月抵達木星附近,對其大氣層、磁場和衛星等進行了詳細的觀測,拍攝了大量照片,並發現了木星的一些新特性,如木星環及其衛星——木衛一上的火山活動等。

此外,木衛一是太陽系第四大衛星,被認為是地質活動最頻繁的星體,火山活動頻率超過地球30倍以上。其表面高山峻嶺,有些山峰甚至超過了珠穆朗瑪峰的高度,儘管尚未有探測器準確測量過這些高度。探測器拍攝的圖片顯示,木衛一的表面富含硫磺,豐富的硫元素意味著火山口附近可能存在強烈的臭味。天文學家推測,由於內部物質隨火山噴發至地表,木衛一的表面重元素礦藏如黃金極為豐富,其蘊藏量遠超地球表面。隨後,在探索完木星之後,旅行者1號繼續前進,於1980年11月飛近土星,深入研究了巨大的土衛六及其大氣層,並在土星環中發現了其他複雜結構。

土衛六是最早發現的地外行星之一,早在1655年就已被觀測到。儘管後來在土星周圍也發現了許多新的衛星,但土衛六至今依舊是所有已知土星衛星中體積最大的一個。科學家們通過對土衛六的研究,發現其上存在著許多類似地球的氣候現象。而且,由於高濃度甲烷的存在,使得一些科學家相信土衛六可能存在生命跡象。在結束對土星的考察之後,旅行者1號向太陽系邊緣進發,直至2012年8月25日,美國宇航局宣佈該探測器正式離開太陽系的保護層——日光層,進入了星際空間,成為第一個離開太陽系的人造飛行器。日光層是圍繞太陽的巨大區域,由太陽風和來自星際空間的物質相互作用形成。

太陽釋放的高速帶電粒子流——太陽風,在以每秒數百公里的速度向外擴散時與星際介質相遇產生相互作用。當太陽風遇到星際介質中的中性原子和塵埃等物質時,速度降低、壓力增大,形成了類似氣泡的結構——日光層。日光層非常廣闊,旅行者1號在距離太陽約180億公里的地方穿越了日光層的邊界,進入了星際空間。雖然旅行者1號目前尚不能完全逃離太陽系,但它已經為人類傳回大量寶貴的資訊,對理解太陽系起到了至關重要的作用。現在它正以每秒約17公里的速度遠離地球。

到了2026年,旅行者1號與地球的距離將達到一光年。相比之下,火星車大約每15分鐘就能與地球通信一次,月球探測器僅需兩秒左右就能完成通信。因此,旅行者1號與地球之間的通信難度極大。為了確保地球能收到旅行者1號的信號,科學家專門為探測器設置了直徑3.7米的定向天線,並始終對準地球方向。然而,這種信號傳輸功率僅為20瓦,在地球上只能點亮一盞燈泡。想要跨越數億公里的遙遠距離,必須選擇幾乎無任何干擾的頻段,並配置大型射電望遠鏡來接收和放大信號。除了信號傳輸問題之外,旅行者1號還採用了特殊的頻率波段進行通信,同時美國建立了深空測控網路,覆蓋全球三大洲以確保信號暢通無阻。

旅行者1號採用核電池提供長期動力。該電源源自放射性同位素鈈-238的衰變過程。鈈-238半衰期為87.7年,表示鈈-238的數量每經過87.7年減半一次。在其衰變過程中會釋放阿爾法粒子,在被物質阻擋后轉化為熱能,每克鈈-238每小時能產生0.568瓦特熱量。旅行者1號的核電池於1977年9月5日發射時能夠提供470瓦電力。隨著時間推移和各種因素的影響,探測器壽命即將走到盡頭。預計到2025年左右,旅行者1號將徹底失聯。即使未來仍有微弱電力發送信號,地球接收到的信號也將極其微弱,難以被檢測設施捕捉到。儘管如此,旅行者1號的貢獻不可磨滅,它代表人類突破自我限制、探索未知的勇氣與決心。

它的飛行是人類探索宇宙的重大標誌之一。尤其是那張被稱為“暗淡藍點”的照片,令人們對宇宙有了敬畏之心。1990年旅行者1號在距離地球60億公里處拍攝了太陽系全家福照片,其中地球僅為0.12圖元的黯淡藍點。在這張照片中居住著70億人口及無數生物的地球顯得十分渺小。這促使人們重新思考自己在宇宙中的地位,激發了人類對宇宙的敬畏以及對未知探索的熱情。同時,它也提醒人們保護好地球這一唯一的家園。如今,科技進步帶來的副作用之一便是地球環境污染加劇,全球溫室效應日益嚴重。若南極和北極冰川融化導致海平面上升70米,沿海城市將面臨淹沒威脅;地球上的陸地面積將減少,可能引發資源爭奪戰。人類文明若要長久延續,必須珍視和保護地球環境。

期待人類在追求科技進步的同時也能注重環境保護,早日揭開宇宙之謎。對此,各位讀者有何感想?不妨一起探討分享。