姓名:李昕洲? 學號:16030120026
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【嵌牛導(dǎo)讀】:最近扒接，美國國家航空航天局（NASA）又干了一件大事头岔。今年40歲的“旅行者1號”航天器，在太空深處的成功點火測試了一組航跡修正推進器罐栈，而這組推進器已經(jīng)“沉睡”了37年后。這是人類首次在太陽系邊緣的星際空間啟動發(fā)動機霎箍。本文將為你介紹其相關(guān)信息祈匙。
【嵌牛鼻子】:“旅行者1號”航天器、太陽系蠕嫁、引力范圍锨天、邊界。
【嵌牛提問】:“旅行者1號”是怎么被喚醒的剃毒？太陽系的邊界是什么病袄？
【嵌牛正文】:
“旅行者1號”（Voyager 1）是NASA飛得最遠搂赋、速度最快的航天器，2012年益缠，它離開太陽系（太陽系邊緣的標準附后文）進入星際空間脑奠，是目前飛進恒星際空間唯一的地球人造物體。
這顆1977年9月5日從地球出發(fā)飛行了40年的航天器幅慌，基本靠調(diào)姿推進器來定向宋欺。這些推進器以微小的脈沖方式，像喘口氣那樣胰伍，幾毫秒就能啟動齿诞，然后讓飛船方向稍微旋轉(zhuǎn)，使其天線始終指向地球骂租，與地球指揮中心保持通信祷杈。
但自2014年以來，工程師們注意到渗饮，調(diào)姿推進器開始老化但汞，隨著時間的推移，需要更多次“喘息”才能釋放跟以前相同的能量互站。然而遺憾的是私蕾，在距離地球210億公里的地方（約合141.3個天文單位），并沒有負責保養(yǎng)的“航天器4S店”胡桃。
項目團隊召集了一個推進器專家組來研究這個問題踩叭。他們分析預(yù)測了航天器在不同場景下的響應(yīng)情況，最后同意用一種不同尋常的方法來拯救“旅行者1號”——喚醒沉睡37年之久的一組4臺航跡修正推進器（TCM）标捺。
TCM被放置在航天器背面懊纳，尺寸和功能與調(diào)姿推進器完全相同。在任務(wù)初期亡容，“旅行者1號”飛越太陽系木星嗤疯、土星等重要衛(wèi)星時，工程師們通過TCM使航天器按設(shè)定軌跡飛行闺兢。但自1980年11月8日以來茂缚，它們進入了休眠狀態(tài)。
NASA噴氣推進實驗室首席工程師克瑞斯·瓊斯說：“團隊挖掘了數(shù)十年的數(shù)據(jù)屋谭，檢查了用過時的匯編語言編寫的軟件脚囊，以確保安全地測試這種將用于定向飛船的推進器⊥┐牛”
11月28日悔耘，位于加利福尼亞州的工程師們首次點燃了沉睡37年的TCM，測試了其使用10毫秒脈沖定位飛船的能力我擂。因為距離遙遠衬以，當測試結(jié)果通過太空傳回地球時缓艳，他們已經(jīng)急切地等待了19小時35分鐘——29日，團隊確認TCM工作狀態(tài)與調(diào)姿推進器同樣完美看峻！工程師陶德·巴伯說：“重啟這些推進器阶淘，就像手握神奇的指揮棒，我們非常興奮互妓。對這一選擇的質(zhì)疑現(xiàn)在已煙消云散溪窒，我們松了口氣》朊悖”
“旅行者”項目經(jīng)理蘇茲·多德表示：“這組推進器在37年后仍能正常使用澈蚌，可將‘旅行者1號’的使用壽命延長2年到3年∽普”NASA計劃在明年1月切換使用這組航跡修正推進器惜浅。
這張照片拍攝于1975年10月29日，工程師們正在參與制作旅行者號的高增益天線伏嗜。
據(jù)介紹，團隊下一步計劃對“旅行者2號”進行類似的測試伐厌〕谐瘢“旅行者2號”是“旅行者1號”的姐妹探測器，也在1977年發(fā)射挣轨，雖然它的調(diào)姿推進器性能還不錯军熏，工作正常，但未來幾年卷扮，它也將進入星際空間荡澎，并面臨同樣的定向能力下降帶來的挑戰(zhàn)∥钋拢“旅行者2號”先發(fā)射摩幔，但由于選擇的飛行軌跡不同，將永遠落在“旅行者1號”身后鞭铆。
這組強大的MR-103型推進器由全球領(lǐng)先的推進系統(tǒng)制造商洛克達因（Aerojet Rocketdyne）公司研發(fā)或衡，“卡西尼”號和“黎明”號探測器用的也是它。
“旅行者1號”和“旅行者2號”攜帶了兩張相同的“金唱片”车遂，這兩張12英寸的鍍金銅碟里面有來自60種語言的問候語封断，來自不同文化與時代的音樂樣本，還有地球上各種各樣自然與人造的聲音舶担。碟片里還有一些電子信息可以被先進技術(shù)文明轉(zhuǎn)化為圖解與相片坡疼。碟片的鋁封套是用來保護唱片免受微隕石的轟擊的，同時還有個提示發(fā)現(xiàn)者播放唱片的雙重目的衣陶。因為擔心封套外表面的圖解會被時間侵蝕柄瑰，因此封套內(nèi)外都繪制了解釋圖表闸氮。這兩張“金唱片”在不出意外的情況下可以保存10億年。
“旅行者”攜帶的“金唱片”
延伸閱讀：
茫茫太陽系狱意，何處是邊界
太陽日球?qū)邮疽鈭D
9月5日湖苞，“旅行者1號”迎來了40歲生日。1977年在美國佛羅里達發(fā)射升空后详囤，它對木星和土星展開了探測财骨，而后向宇宙深處進發(fā)。
地球與太陽相距1.5億公里藏姐，天文學家將它稱作1個天文單位隆箩。在40年的時間里，“旅行者1號”已經(jīng)飛過約140個天文單位羔杨。該如何看待這個距離捌臊？有報道稱，“旅行者1號”早已飛出太陽系兜材。但意見并不統(tǒng)一理澎。有人認為這個距離不到太陽系半徑的1/400，飛出太陽系還需30000年曙寡。
太陽系的邊界到底在哪糠爬？太陽系到底有多大？
以行星軌道為界举庶， 海王星運行在最邊緣
美國國家航空航天局（NASA）曾經(jīng)表示执隧，太陽系的邊界有三種定義方式，其中之一是以行星軌道為界户侥。按照這種定義镀琉，人類眼中的太陽系是逐漸增大的。
十七世紀蕊唐，哥白尼提出的日心說逐漸被觀測所證實屋摔。人們開始意識到，太陽周圍繞轉(zhuǎn)著許多顆行星替梨，地球不過是其中之一凡壤。在很長一段時間內(nèi)，土星是人們能看到的最遠行星耙替，也代表著太陽系最遠的疆域亚侠。
1781年，熱忱的天文觀測者赫歇爾通過觀測確認俗扇，天王星是太陽系的第七顆行星硝烂，雖然之前的觀測者已經(jīng)多次觀測并記錄過這個天體。這一發(fā)現(xiàn)铜幽，將太陽系的范圍擴大了一倍滞谢。
隨后串稀，海王星、冥王星被逐一發(fā)現(xiàn)狮杨，更新著人們對太陽系的認識母截。如果以行星軌道來界定太陽系邊界，人類目前所知的太陽系最大不過如此橄教。
在冥王星被踢出行星大家族之后清寇，海王星是目前已知距離太陽最遠的行星，它運行在距離太陽30個天文單位的軌道上护蝶。早在1990年华烟，“旅行者1號”便飛過這顆行星的軌道，并發(fā)回了地球照片持灰。抵達這一距離的探測器也不僅僅是“旅行者1號”和 “旅行者2號”盔夜。比如“新視野”號早已探訪過冥王星，目前正飛往柯伊伯帶的小行星堤魁。
但這種定義方法的缺點顯而易見喂链。“在海王星的軌道之外妥泉，還有很多天體衩藤，比如彗星、小行星涛漂。如果不是太陽系成員，它們又是什么检诗？”南京大學天文與空間科學學院教授陳鵬飛說匈仗。
而且，用這種方法來定義太陽系邊界也有很大的不確定性逢慌。2006年悠轩，冥王星被降級為矮行星，太陽系的范圍瞬間縮減攻泼。另外一方面火架，充滿好奇心的科學家并不滿足于太陽系只有八顆行星。他們寄望于長期的觀測和先進的技術(shù)能發(fā)現(xiàn)太陽系第九大行星忙菠。一旦成功何鸡，太陽系的邊界也將再次改變。
以太陽風為界牛欢， 日球?qū)禹敯栂?/p>
2013年秋季骡男，世界各大媒體爭相宣布一個消息：“旅行者1號”飛出了太陽系。這時人們眼中的太陽系是日球?qū)禹斠詢?nèi)的空間傍睹。人們以太陽風的范圍為標準隔盛，定義太陽系邊界犹菱。
恒星之間的空間并非空無一物，而是充滿了低溫的星際介質(zhì)粒子吮炕。太陽會不斷向外吹出帶電粒子腊脱，稱為太陽風。所謂日球?qū)恿祝翘栵L發(fā)生作用的最大范圍陕凹。當高速的太陽風粒子與星際介質(zhì)粒子相遇時，會將其向外推開俱笛，自身也逐漸減速捆姜，直至無力與星際介質(zhì)粒子抗衡。形象地說迎膜，日球?qū)泳秃孟裉栵L向外吹出的一個氣泡泥技，日球?qū)又畠?nèi)充滿了太陽風粒子，在它之外則是由星際介質(zhì)粒子主宰的星際空間磕仅。而日球?qū)拥淖钔鈱舆吔绫环Q為日球?qū)禹敗?/p>
“由于太陽以220公里/秒的速度在銀河系中運動珊豹，日球?qū)硬⒎菍ΨQ的球形，”陳鵬飛說榕订，在太陽運動方向的日球?qū)幼畋〉瓴瑁s為100天文單位，在太陽運動的反方向這一厚度能達到500天文單位以上劫恒》坊茫“‘旅行者1號’正是沿著太陽運動的方向飛行，穿越了日球?qū)禹斄阶臁丛楚！?/p>
2012年8月和2013年4月，“旅行者1號”記錄下2次太陽風粒子與星際介質(zhì)粒子的劇烈相遇憔辫∪ば科學家由此推測出太陽風粒子濃度相較于2004年已下降1000倍，星際介質(zhì)粒子密度則上升了40多倍贰您。在經(jīng)過反復(fù)模型推演后坏平，NASA于2013年9月12日宣布，“旅行者1號”已經(jīng)穿越了日球?qū)禹敗?/p>
雖然NASA很謹慎地指出锦亦，關(guān)于太陽系邊界有多種定義方式舶替，因此“旅行者1號”的行為可以嚴謹?shù)孛枋鰹檫M入星際空間，而不是飛出太陽系杠园。但對此坎穿，仍有不買賬的科學家。他們時不時地發(fā)表論文表示異議。因為飛出太陽日球?qū)恿崦痢⑦M入星際空間有三個條件：來自太陽的帶電粒子數(shù)量急劇下降栖茉、星際介質(zhì)粒子的數(shù)量急劇增多，以及磁場方向的偏轉(zhuǎn)孵延。很遺憾吕漂，“旅行者1號”始終沒有探測到磁場方向的偏轉(zhuǎn)。
“沒有探測到磁場方向的偏轉(zhuǎn)并不能否定‘旅行者1號’飛出日球?qū)映居ΑＬ栂鄬π请H介質(zhì)的運動速度比預(yù)想的小惶凝，也許不足以在日球?qū)禹敭a(chǎn)生激波。這導(dǎo)致磁場方向在日球?qū)禹敻浇徛兓郑皇且郧安聹y的劇烈變化苍鲜。”陳鵬飛說玷犹。因此混滔，如果將日球?qū)禹斪鳛樘栂档倪吔纾鶕?jù)“旅行者1號”的測量歹颓，太陽系的邊界在距離太陽100天文單位之遙坯屿。
以引力范圍為界， 奧爾特云是最遙遠的疆域
更多的天文學家愿意根據(jù)太陽的萬有引力來定義太陽系邊界巍扛。也即如果一個天體主要受到太陽引力的作用领跛，圍繞太陽運動，那么它就是太陽系天體撤奸。按照這個標準吠昭，太陽系八大行星、日球?qū)右约斑b遠的小行星與彗星都在太陽系范圍內(nèi)胧瓜。
但太陽引力發(fā)生作用的最后邊界在哪里矢棚？“在太空中某一地方，太陽引力和臨近恒星的引力會達到平衡贷痪，這里便是太陽系的邊界”奈螅”南京大學天文與空間科學學院教授周禮勇說劫拢。
1950年，荷蘭天文學家奧爾特提出强胰，在太陽系遙遠的疆域有一片冰冷的“云團”舱沧，孕育著1000億顆長周期彗星。它被稱作奧爾特云偶洋，一直延續(xù)到距離太陽50000—150000天文單位的區(qū)域熟吏。這里是太陽引力束縛天體作圓周運動的最后區(qū)域，也即太陽系邊界∏Ｋ拢“旅行者1號”需要30000年飛出太陽系悍引，正是基于“旅行者1號”每年約3.5天文單位的飛行速度以及奧爾特云延伸至100000天文單位的假設(shè)。
奧爾特云過于遙遠帽氓，沒有探測器到過這里趣斤，更沒有人見過它。但這并不意味著黎休，它完全是想象浓领。
天文學家把從柯伊伯帶向外到10000天文單位左右的空間稱為內(nèi)奧爾特云∈迫“過去天文學家認為內(nèi)奧爾特云是空的联贩。但隨著觀測手段的提升，發(fā)現(xiàn)并非如此捎拯±峄希”周禮勇說，2003年科學家發(fā)現(xiàn)小行星賽德娜玄渗，它與太陽最近的距離是76天文單位座菠，但由于軌道很扁，遠日點接近1000天文單位藤树，位于內(nèi)奧爾特云區(qū)域浴滴。“像這樣的天體至少已經(jīng)看到10多個岁钓，而實際上會更多升略。”
如果將奧爾特云視作太陽系的邊界屡限，我們永遠無法看到“旅行者1號”飛出太陽系的那一天品嚣。因為攜帶的同位素電池僅有40多年的壽命，“旅行者1號”將從2020年開始逐漸關(guān)閉所搭載的儀器钧大。2025年翰撑，它將關(guān)閉所有的儀器，切斷與地球的聯(lián)系啊央。
但140個天文單位的飛行距離眶诈，已經(jīng)讓它躋身人類飛得最遠的探測器。而“旅行者1號”攜帶的“地球之音”光盤刻有人類文明的種種信息瓜饥，特殊處理讓它足以抵御10億年時光的侵蝕逝撬。
“旅行者1號”是目前人類飛得最遠、速度最快的航天器乓土，也是目前飛進恒星際空間唯一的地球人造物體宪潮。
