關(guān)于旅行者號飛船上金唱片的命運(yùn)

人類送上太空的金唱片會損壞嗎？

在下面這篇文章中，我們將帶著大家乘坐宇宙時光機(jī)做一次旅行。

盡管未來難以預(yù)料，但有的時候物理學(xué)可以幫助我們。就像人類的最終命運(yùn)雖然是無法預(yù)知的，但令人驚訝的是兩件人造品的命運(yùn)卻可以被科學(xué)家詳細(xì)計(jì)算出來。

它們就是美國航空航天局發(fā)射的兩艘旅行者號飛船上攜帶的刻有信息的“金唱片”，目前這兩艘飛船已經(jīng)進(jìn)入到浩瀚的星際空間了。雖然它們幾年之內(nèi)就將陸續(xù)進(jìn)入“靜默”狀態(tài)，但是唱片將始終存在。荷蘭卡普坦天文研究所的博士研究生尼克?奧伯格和他的同事們對此產(chǎn)生了興趣，他們想要計(jì)算一下在遙遠(yuǎn)的未來這兩艘飛船會與哪些恒星相遇。

旅行者一號宇宙飛船進(jìn)入星際空間的藝術(shù)想象圖，略顯棕色的區(qū)域是太空中的電離氣體，圖片來自美國航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室-加州理工學(xué)院

出人意料的是，計(jì)算模型可以讓他們預(yù)測到比預(yù)期更加遙遠(yuǎn)的未來。因此，奧伯格在美國天文學(xué)會的第237次會議上（由于新冠大流行，本次會議是在22年1月12日以虛擬會議的形式召開），用一張超長的時間表展現(xiàn)了兩艘飛船和金唱片的未來命運(yùn)。

首先，讓我們回顧一下歷史：

美國航空航天局在1977年發(fā)射了旅行者1號和2號飛船以便穿越太陽系，每艘飛船上都有一個12英寸（30厘米）大小的銅鍍金唱片，這是按照知名天文學(xué)家卡爾·薩根的創(chuàng)意而制做出來的，上面刻著圖片和音樂信息，在漫長的旅途中如果有幸遇到高等智慧生命，可以向“它們”介紹地球和人類。這兩艘飛船都到訪了木星和土星，之后它們分道揚(yáng)鑣：旅行者1號去訪問了土星的衛(wèi)星-泰坦，而旅行者2號轉(zhuǎn)向天王星和海王星。

上圖是旅行者1號上安裝金唱片的照片

2012年，旅行者1號穿越了太陽風(fēng)的邊界，進(jìn)入星際空間；2018年，旅行者2號也步其后塵?，F(xiàn)在這兩艘飛船都在太陽系之外繼續(xù)航行著，不斷發(fā)回信號，讓人們了解它們在太陽系外冒險之旅的進(jìn)展。但由于它們的能源在逐漸消耗，這種信號在幾年之內(nèi)將會徹底消失。

但它們的旅程并不會結(jié)束。

奧伯格和他的同事們通過分析飛船的軌跡和它們飛過的空間環(huán)境等因素，從而獲得金唱片的存在可能性。最終得到的分析結(jié)果不止跨越了人類的生存期限，還跨越了銀河系和仙女座星系的碰撞事件，甚至在大多數(shù)恒星滅絕后它們?nèi)匀豢赡軙掖妗?/p>

下面我們按照時間來了解一下奧伯格和他的同事們的研究結(jié)果：

銀河系內(nèi)的觀光之旅

其實(shí)對這兩艘飛行器的預(yù)測一開始并沒有打算做太遠(yuǎn)，最初的靈感來自于歐洲航天局蓋亞衛(wèi)星第二批觀測數(shù)據(jù)的發(fā)布（這顆衛(wèi)星能夠測量超過十億顆恒星的精確位置）。

奧伯格在報告中表示：“我們最初的目標(biāo)是通過蓋亞的觀測數(shù)據(jù)，來高精度的計(jì)算出旅行者號飛船會遇到哪一顆恒星”。因此他和同事們開始按照時間來計(jì)算旅行者號的未來軌跡。

提醒大家，不要激動于未來的任何里程碑，因?yàn)?0000年后旅行者號才會穿過奧爾特云 – 一個由彗星和冰冷的碎石構(gòu)成的地帶，在100000個天文單位（地球和太陽的平均距離）的距離上繞著太陽旋轉(zhuǎn)，那時旅行者號才會真正告別太陽系。

在那時旅行者號會第一次感受到：來自其它恒星的引力開始大于太陽的引力。

再過10000年，旅行者號才會真正接近一顆陌生的恒星，那是一顆叫做“羅斯 248”的紅矮星，那時距離現(xiàn)在已經(jīng)過去了3萬年。但其實(shí)這樣描述是有一點(diǎn)勉強(qiáng)的，更準(zhǔn)確的說法是“羅斯 248”飛過了幾乎靜止不動的旅行者號。

從現(xiàn)在往后的5億年里，太陽系和旅行者號都會繞著銀河旋轉(zhuǎn)一圈，我們無法預(yù)測在地球表面會發(fā)生什么，但這正是地球古大陸和超級大陸形成和毀滅的時間尺度。

在這個星系級別的旋轉(zhuǎn)過程中，旅行者號會“上下”顛簸著運(yùn)動，尤其以旅行者1號飛船為甚，它會漂浮在銀河系星盤的上方，因此它將遇到一個更加“稀疏”的銀河系。

旅行者號飛船上攜帶金唱片的照片

圖片來自美國航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室-加州理工學(xué)院

金唱片損毀的機(jī)率

這兩艘飛船在垂直方向上的運(yùn)動差異也導(dǎo)致了每一張金唱片不同的幸存機(jī)會。

金唱片在設(shè)計(jì)時是準(zhǔn)備要在太空中長久的保存下來的，有可能達(dá)到數(shù)十億年時間。在它金色的光澤下有一個保護(hù)性的鋁層，下面才是刻著信息的銅盤。但為了真正搞清楚它們能保存多長時間，就必須要考慮它們所經(jīng)歷的環(huán)境，這意味著我們必須了解它們所處的位置。

特別是，奧伯格和他的同事們需要知道旅行者號在銀河系廣闊的星際塵埃中會被“包裹”多長時間，他把這個環(huán)境稱為“一種為數(shù)不多的、能夠真正損壞飛船的環(huán)境”。

這是一種很嚴(yán)酷的環(huán)境，塵埃將以每秒若干公里的速度撞擊飛船。“塵埃顆粒就像一場雨一樣，一點(diǎn)一點(diǎn)剝離著飛船的外表”，奧伯格說，“即使是一顆千分之一毫米的顆粒也會在飛船表面造成一個氣化的小坑”。

旅行者一號垂直方向的震蕩意味著它處于銀河系平面上方或者下方的時間更長，而銀河系平面的塵埃云是最稠密的。奧伯格和同事們對兩艘飛船的路徑以及它們與塵埃云的相遇進(jìn)行了上千次的模擬，來計(jì)算金唱片的損壞情況。

金唱片表面的圖片，它的表面鍍金，用來在太空環(huán)境中保護(hù)其播放內(nèi)容。

圖片來自美國航空航天局噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室-加州理工學(xué)院

這個過程中，也要考慮塵埃云的引力對旅行者號軌跡的影響。奧伯格表示：這些塵埃云在某個區(qū)域大量聚集，這會導(dǎo)致旅行者號飛船軌道的彎曲，甚至被拖入新的軌道中，有時會遠(yuǎn)離銀河系的中心，有時又會靠近。

但總體來說，這兩個飛行器中的金唱片保持可讀的機(jī)率都是不錯的，因?yàn)樗鼈兌急徊卦诹孙w行器的內(nèi)部。奧伯格的分析結(jié)果是：旅行者一號上金唱片的外表面有可能會遭到侵蝕，但旅行者二號上的金唱片的信息丟失可能性會更高。主要原因在于旅行者二號的軌道更加不規(guī)律，因而更難預(yù)測其飛行軌跡所處的環(huán)境。

但是根據(jù)奧伯格和同事們的計(jì)算，盡管面臨各種襲擊和迂回軌跡的影響，這兩張唱片都很有可能在50億年的時間中保存完好。

銀河系的生命末期

在50億年之后，模型會變復(fù)雜，因?yàn)殂y河系要和它巨大的“鄰居”-仙女座星云碰撞了。這時會變得比較混亂，銀河系規(guī)律的螺旋形會被深深的纏繞住，并有可能完全消失，旅行者號可能會在合并過程中被抓住，細(xì)節(jié)則難以預(yù)測。

仙女座星云

但是在相對友好的50億年中，兩艘旅行者號飛船很可能會訪問我們太陽旁邊的一顆恒星，最遠(yuǎn)距離這顆矮星大約150個地球和太陽距離，或者3倍的太陽-冥王星距離。

具體是哪顆星就比較復(fù)雜了，甚至它可能是一顆我們當(dāng)前還不知道的恒星。

按照奧伯格的觀點(diǎn)，雖然在星系級別的大碰撞之前，兩艘飛船都不太可能特別接近任何一顆恒星，但是它們確實(shí)有可能飛過恒星系統(tǒng)的邊緣地帶。奇特的地方在于這顆恒星當(dāng)前可能并不存在，也就是說它還未誕生。

以上就是數(shù)十億年中旅行者號面臨的風(fēng)險。

銀河系和仙女座星系碰撞過程的想象圖（圖片來自美國航空航天局、太空望遠(yuǎn)鏡科學(xué)研究所、戈達(dá)德飛行中心）

之后，旅行者號的命運(yùn)取決于星系合并的情況。

星系大碰撞可能會導(dǎo)致飛行器有20%的機(jī)率被拋出新形成的星系，雖然它有可能被束縛在星系附近。如果出現(xiàn)這種情況，對金唱片的最大威脅則變?yōu)楦吣苡钪嫔渚€以及熾熱氣體中的奇分子（具有奇數(shù)價電子的分子），而在銀河系內(nèi)這兩個因素的影響則要小得多。

在銀河系內(nèi)，旅行者號的命運(yùn)取決于合并之后留下的塵埃量，奧伯格認(rèn)為這種塵埃很可能很少，因?yàn)楹阈堑男纬珊捅l(fā)是緩慢的，這導(dǎo)致拋向星系中的塵埃數(shù)量并不多。

按照奧伯格的觀點(diǎn)，旅行者號在塵埃中的運(yùn)氣也許能讓它們在宇宙中近乎無限長時間的游蕩下去。其期限遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了恒星用盡燃料并在宇宙中不再誕生的時間尺度，旅行者號也許會在一個完全未知的星系中流浪，那里已經(jīng)不再有恒星演化的主序星過程，變成一個由黑洞、白矮星和中子星等恒星殘骸構(gòu)成的世界。

那是一個黑暗的世界，唯一的光亮來源于億萬年一次的恒星殘骸碰撞所產(chǎn)生的超新星，而我們所創(chuàng)造的金唱片將會成為這些黑暗中超新星閃光的目擊者。

BY:Meghan Bartels

FY: TelescopeX

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