“旅行者1號”：攜手四大探測器飛出太陽系

“旅行者1號”：下一站小熊座

“旅行者1號”是美國國家航空航天局(NASA)迄今飛得最快、最遠的探測器。它到底能不能飛出太陽系，是人們關心的問題。

近日，NASA官網發佈消息稱，美國時間11月28日，科學家成功啓用了“旅行者1號”上一組休眠多時的航跡修正推進器，幫助調整探測器姿態。此舉將使“旅行者1號”的服役時間延長兩至三年。這會讓“旅行者1號”離飛出太陽系的目標更近一步嗎？

剛剛進入星際空間

1977年發射升空後，“旅行者1號”一直在向太空深處進發。在過去的40年裏，“旅行者1號”已經飛行210億公里，摺合地球與太陽距離的140倍。

如果以太陽系八大行星的軌道為邊界，“旅行者1號”早已飛出了太陽系。也有科學家提出，以太陽風粒子發揮作用的最後區域作為太陽系邊界。測量這一邊界在哪裏，正是“旅行者1號”的使命之一。在經過反覆測量和模型推演後，NASA於2013年9月宣佈“旅行者1號”探測到太陽風粒子濃度急劇下降，探測器進入了星際空間。

但對於天文學家來説，更廣為接受的太陽系範圍是太陽的引力範圍。以此為標準，“旅行者1號”只不過度量了太陽系微小的一部分。天文學家一般認為遙遠的奧爾特雲是太陽引力發揮作用的最後區域。按照目前的飛行速度，飛出太陽系這個目標，至少需要三萬年才能實現。

能源系統壽命有限

那麼我們能看到“旅行者1號”飛出太陽系的那個時刻嗎？很遺憾，這個願望永遠無法實現。

航天專家龐之浩介紹説，科學家會根據探測目標位置，為探測器選取驅動能源。“一般探測目標位於火星軌道以內的探測器採用太陽能作為能源，因為在這些區域光照充足；探測目標位於火星以外的探測器採用核能作為能源。”

“旅行者1號”最初的探測目標是木星，因此採用的是核能驅動。龐之浩介紹説，探測器完成加速後，按既定軌道飛行階段需要的能量很少，能量主要用於調整飛行器姿態及與地球通訊。“比如在與地球通訊時，要調整探測器天線對準地球。”

但儘管如此，“旅行者1號”的放射性同位素熱電發生器也只能支撐幾十年時間。龐之浩説，“旅行者1號”將於2020年關閉磁場和粒子探測設備，只留下紫外線探測設備繼續工作。“2025年後，我們將無法收到‘旅行者1號’發回的科學數據，工程數據的傳回還能持續幾年。”即使新啓動的推進器能將其服役期延長兩三年，但也只是數萬年飛行時間的一個零頭。與地球失聯後，人類將無從得知“旅行者1號”的行蹤。

能不能攜帶更多燃料，讓探測器在更長時間裏與地球保持聯繫？“每個探測任務的預算都是有限的，攜帶更多燃料勢必會佔用任務預算。”龐之浩表示，即使是按照目前的技術水平，帶上足夠探測器飛行3萬年的燃料，依然是件不可思議的事情。

“太陽系外層空間的天體比較稀疏，‘旅行者1號’遇上其它天體並展開探測的可能微乎其微，不太可能發回太多有科學價值的數據，因此提高預算、攜帶更多燃料也不太經濟。除非未來出現了別開生面的顛覆性新技術。”龐之浩説。

攜手四大探測器飛出太陽系

與地球失去聯繫，並不意味着“旅行者1號”旅途的終結。

北京師範大學天文學系副教授高健介紹説，完成探測任務的探測器有多種歸宿：留在所登陸的行星上，比如“好奇號”；自我毀滅，比如“卡西尼號”；在太空中繼續飛行，比如“先驅者10號”。

“旅行者1號”的選擇和“先驅者10號”一樣。在耗盡所有燃料後，“旅行者1號”會在慣性的作用下，沿着最後的軌道方向繼續飛行，除非遇上質量足以讓它改變軌道的天體，或者撞上其他天體被摧毀。“但這種可能不大。”高健説。

“旅行者1號”的旅途也並非毫無阻礙。星際空間並非絕對真空，探測器隨時會遇到星際介質粒子。高健説，在與這些粒子的碰撞中，探測器的速度會非常緩慢地降低。此外，太陽引力的微小束縛也會讓它的速度逐漸慢下來。

按照牛頓力學定理，達到第三宇宙速度的物體，將能擺脱太陽引力的束縛，飛出太陽系。1980年，“旅行者1號”對土星系統進行了探測，並利用土星引力彈弓進行了加速。當年11月20日結束這次探測後，其速度已經超過第三宇宙速度。也就是説，在與地球失聯後，“旅行者1號”仍將頭也不回地向太陽系外飛去。和它抱有同樣目標的，還有旅行者2號、先驅者10號等其它四個探測器。

“旅行者1號”在太陽系外層空間的速度變化，也許能提供這片區域物質分佈的線索。中科院國家天文台研究員平勁松説，上世紀90年代，數據監測顯示“旅行者1號”出現異常加速現象。科學家猜測是否存在未知天體吸引探測器，雖然最終從儀器校準角度找到了答案。“目前該探測器已經進入了太陽系的空曠空間，科學家很感興趣會不會出現類似情況，以及該如何解釋這類情況。”平勁松表示，我國科學家計劃接收“旅行者1號”傳回的衞星無線電波載波信號，分析和監測探測器的速度、加速度變化。“誰也不知道會發生什麼，畢竟‘旅行者1號’已經進入了人類探測的空白區。”

目前，“旅行者1號”正以每年5億公里的速度飛離太陽系。據估計，公元40272年，它將飛抵小熊座的一顆恆星附近。而它飛行的每一天，都在創造人類探測器的新紀錄。