[中配]探索宇宙的邊界：先驅者號的驚豔旅程

雙子探測器先驅者一號和二號 在太空中運作了45年 而不是按計劃進行5年 它們仍在向地球傳輸奇怪的信號 科學家們認為 我們在2025年前 不會失去與先驅者號的聯繫 但它們還有時間 向我們展示其他任何東西嗎 它們的旅程有機會繼續嗎 先驅者任務最初是為了 到達木星和土星 以及這兩顆行星的主要衛星 進行拍攝 因此得益於它們的影像 科學家們終於能夠看到 土星周圍月球的表面 而此前這些月球 看起來只是明亮的點 這標誌著與其中一顆衛星 恩克拉多斯相關的一系列發現的開始 科學家們被土星的衛星 展現出的地質活動震驚了 衛星通常佈滿了坑洞 就像是碰撞後留下的傷疤 如果衛星靜止且沒有地質活動 這些隕石坑是不會消失的 相反 恩克拉多斯看起來光滑 像珍珠一樣 這可能意味著 它正在形成大氣層 未來有一天 生命很可能會在那誕生 今天我們知道 恩克拉多斯光滑的原因 在於其他地方 也就是冰火山活動 也就是說覆蓋衛星的融化冰塊 但在70年代 沒有人意識到這一點 也沒有人關注木星的衛星木偽 在先驅者號之前 它看起來像是距離太陽 8億公里的小石頭和冰的球體 但傳奇探測器給科學家們 呈現了不同的畫面 木星的衛星歐羅巴上沒有冰 只有四處肆虐的火山 最大火山噴發出來的灰燼雨流 達到了400公里的高度 這是人類首次在地球以外的地方 看到活火山 原來木星巨大的引力 使得衛星的地殼構造不斷移動 這導致了極端的火山活動 和遠超於IO表面的巖漿排放 先驅者號還向科學家 展示了木星的輻射帶 它們於1979年 首次被先驅者一號發現 幾個月後 先驅者二號進行了更廣泛的成像 能夠大致確定環的結構 接下來是土星 太陽系中擁有最遼闊環系的行星 它們由無數小顆粒組成 尺寸從微米到米不等 我們之所以知道這些 花了13年時間研究這顆月球 然而如果先驅者號 沒有捕捉到土星周圍奇特的交織 科學家就不會派出卡西尼號 土星的衛星泰坦 也發生了同樣的情況 先驅者號第一次發現了 泰坦上的液態海洋 而卡西尼號在40年後才證實這一點 看起來在太空5年之後 先驅者號任務結束了 但幸運的是事情卻發生的不同 任務被延長了 先驅者二號前往探索天王星和海王星 而先驅者一號則駛向木星未知的衛星 但是如果它們只能持續5年 那它們怎麼能夠繼續執行任務呢 雙子探測器每個重773公斤 而2010年發布的新設備 如日本的小星 在總重量中 每個先驅者號攜帶105公斤的科學儀器 其中包括成像科學子系統 或稱為ISS 它由兩臺電視攝像機組成 第一個是廣角鏡頭 分辨率較低只有200mm 第二個攝像頭使用的是一個 高分辨率的1500毫米窄角鏡頭 但與詹姆斯韋伯太空望遠鏡上的技術相比 這些技術幾乎顯得有些幼稚 後者配備了多個陣列 複雜的棱鏡和鏡頭 眾多快門以及自主模式 儘管如此 先驅者號引起了不小的轟動 儘管隨著探測器離太陽越來越遠 照片中的物體變得越來越暗 但先驅者號仍然成功地傳輸了數十萬張照片 如今你幾乎無法用如此有限的手機內存 製作出一段好的TikTok視頻 顯然這並不是關於攝像頭的事 那到底是關於什麼的呢 力量 完全不可能 每個先驅者號都有三個放射性同位素熱電發生器 所用燃料是油238氧化物 隨著油同位素的衰變 探測器的功率減少 到2011年它下降了57% 與其發射功率相比 剩餘的能量不足以維持所有子系統長時間的運行 這就是科學家決定關閉其中一些以節省能源的原因 這就演出了一個問題 先驅者號是如何能走得如此遠離地球的 一切都在於精心選擇的發射時機 科學家們利用了70年代末期外行星的罕見排列 木星土星天王星和海王星的這種排列 大約每175年發生一次 這使得航天器能夠沿著特定軌道進行四行星之旅 最大限度的減少推進劑和旅行時間 這就是所謂的引力輔助 在經過每顆行星時 Spacecraft利用其引力來加速並抵達下一個目的地 通過這種技術 飛往海王星的飛行時間從30年縮短到12年 先驅者二號最先發射 它的軌跡設計是為了飛越木星土星天王星和海王星 先驅者一號是第二個發射的 但路徑更快且更短 它的設計目的是讓航天器 僅靠土星最大的衛星泰坦經過 與此同時 在90年代 先驅者一號超過了速度較慢的深空探測器 先驅者十號和先驅者十一號成為距離地球最遠的人造物體 但這是否意味著我們可以繼續使用先驅者號 隨著航天器離地球越來越遠 先驅者與地球之間數字數據傳輸的速度持續降低 例如當先驅者二號從木星飛往土星時 數據傳輸速率降低了一半 如果先驅者一號目前距離地球185億公里 而先驅者二號飛出了150億公里 我們能對快速數據交換說些什麼呢 它們以大約每小時6000公里的速度不斷遠離 然而這個距離尚未阻止與設備的連接 先驅者號繼續尋找日光層與星際介質之間的邊界 並且它們還不斷發送新的數據 例如先驅者一號成功記錄了在根本不可能有聲音的地方的聲音 事實證明這種噪音發生在太陽風波 與來自其他恆星在星際空間中的波發生碰撞時 這意味著先驅者號的任務設備 幫助科學家獲取關於星際介質參數的信息 這些信息在其他方式下無法獲得 研究人員希望在先驅者號還有燃料的時候獲得足夠的信息 不過還是有一點要說 先驅者一號似乎迷路了 在2022年 NASA宣佈先驅者一號的姿態控制系統的讀數 似乎與航天器的運動不匹配 科學家們認為探測器對自己在太空中的位置感到困惑 這就是它的工作方式 姿態控制系統通過一個指向我們星球的巨型天線 發送關於飛船周圍星際介質的數據 但現在它只給工程師提供一些隨機數字 這些數字並不能反映船上的實際情況 科學家們正在努力理解問題的本質 如果他們無法解決這個問題 我們可能會比預期更早失去先驅者一號 科學家的任務因探測器距離遙遠而變得複雜 但先驅者一號的信號到達地球需要二十個半小時 而宇航局與探測器之間的消息交換則需要兩天 還有一個問題 在當年有數千名員工參與了先驅者號任務 但如今只有不超過二十人兼職工作 那太可惜了 因為先驅者號還有東西可以觀察 當探測器耗盡能量時 並不意味著他們會停留在無重力狀態 先驅者號使用燃料來維持子系統的運行 因此他們會繼續飛行 但會停止將天線朝正確的方向轉動 並向地球發送信號 目前先驅者號已經超出了太陽風的影響 兩萬年後他們將穿越奧爾特雲 這是一片圍繞太陽運轉的彗星和冰冷碎片的群體 距離可達十萬天文單位 那是從太陽到地球距離的十萬倍 這將是穿越太陽系旅程的最終目的地 儘管到時我們將與探測器失去聯繫 但他們仍將是太空現象的無聲見證 五億年後 旅行者號與整個太陽系將圍繞銀河系中心 完成一週的旋轉 你們知道銀河系的一切都圍繞中心轉動對吧 現在無法預測到那時地球會發生什麼 但在過去的那個時期 超級大陸盤古大陸形成並崩潰 科學家們還假設在銀河軌道上 航天器將會上下震盪 與此同時 先驅者一號的震盪將比他的雙胞胎更為劇烈 根據假設先驅者一號將飛行的遠高於銀河系的主盤 以至於能看到的星星密度 僅為我們在地球上所看到的一半 此外 垂直運動的相同差異 也會影響每個航天器的生存機率 沒錯 你沒聽錯 生存 問題是銀河系浩瀚的星際塵埃雲非常危險 塵埃將以每秒幾公里的速度撞擊先驅者號 即使是直徑僅一千分之一毫米的塵埃粒子 也會留下一個小坑 這些粒子會不斷撞擊飛船的外殼 逐漸削弱飛船的表面 當然塵埃不會改變飛船的軌跡 但銀河系的雲層的引力卻可以輕易做到 雲層的質量集中在一個地方 可能會將飛船拋向新的軌道 有時更遠 有時甚至更深入銀河中心 從這個意義上講 先驅者一號面臨更大的風險 它的垂直震盪意味著航天器將在銀河平面上方和下方停留更長的時間 那裡的星際塵埃最為濛厚 但儘管存在潛在的危險 先驅者號們可能還有時間去拜訪另一顆星星 先驅者一號將移動到蛇夫座 數百萬年後 這個探測器會向位於長頸鹿座的一顆紅矮星格里澤445打招呼 同時先驅者二號將到達人馬座 並造訪一顆名為羅斯248的恆星 也可能先驅者號會看到尚未誕生的星星 但如果到那時我們已經不存在了 為什麼我們還要關心先驅者號是否會遇到它們呢 我們實際上應該這樣做 因為這些探測器攜帶著價值連城的貨物 旨在送往遙遠的文明 兩個金唱片裡面收錄了有關人類及我們家園的信息 它們包含地球的照片 動物和鳥類的聲音 以及各種語言的詞彙 它還包含我們太陽系相對於脈衝星的位置 甚至有關於如何播放唱片的說明 這看似無關緊要的想法 可能是我們存在的最後證據 因為這些唱片設計成能夠在太空中持續數十億年 在鍍金層下有一個保護性鋁蓋 在其下還有刻有圖案的銅盤 以額外保護唱片 它們被放置在先驅者號上 以便在唱片存活的情況下 刻印會被隱藏 如果這些唱片存活下來 它們將持續大約50億年 再也不久了 為什麼呢 因為在這段時間後 將會發生偉大的仙女座銀河系碰撞 而先驅者號的命運取決於這一合併的條件 它們能活下來嗎 如果這些設備能夠倖存下來 它們可以存活數萬億年 這足夠長可以進入真正為探索的空間 屆時恆星將耗盡燃料 宇宙中的恆星形成過程將完全停止 先驅者號將漂浮在一個對我們來說 完全不可識別的宇宙中 那裡充滿了黑洞和中子星的殘骸