1977年9月5日，美國國家航空航天局發(fā)射了一個(gè)名叫“旅行者1號(hào)”的航天探測(cè)器。旅行者項(xiàng)目的部分任務(wù)就是研究外太陽系，美國航空航天局在發(fā)射了“旅行者2號(hào)”的16天后，緊接著發(fā)射了“旅行者1號(hào)”。2020年2月26日，“旅行者1號(hào)”在運(yùn)轉(zhuǎn)了42年5月21天之后，仍舊與深空網(wǎng)絡(luò)保持著聯(lián)系，接收著常規(guī)指令并將數(shù)據(jù)傳送回地球，美國國家航空航天局和噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室為它提供實(shí)時(shí)測(cè)距和速度數(shù)據(jù)。自2020年2月23日起，“旅行者1號(hào)”距離地球148.64個(gè)天文單位（222億千米；138億英里），這是迄今為止人造物體離地球最遠(yuǎn)的距離。

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“旅行者1號(hào)”的探測(cè)目標(biāo)包括近天體探測(cè)飛行，涉及木星、土星以及土星最大的衛(wèi)星——土衛(wèi)六。雖然這一航天器的路程可能會(huì)稍作調(diào)整，即將冥王星納入探測(cè)目標(biāo)，而放棄對(duì)土衛(wèi)六的飛近探測(cè)，但是對(duì)土衛(wèi)六的勘探是優(yōu)先任務(wù)，因?yàn)樗鼡碛邢喈?dāng)厚密的大氣層。“旅行者1號(hào)”希望能研究木星和土星的氣候、磁場和兩個(gè)行星的行星環(huán)，它還是首個(gè)提供木星衛(wèi)星和土星衛(wèi)星詳實(shí)影像的探測(cè)器。

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? ?在1980年11月12日完成了首個(gè)任務(wù)，即對(duì)土星的飛近探測(cè)任務(wù)后，旅行者1號(hào)成為5個(gè)人造天體中第三個(gè)達(dá)到離開太陽系的逃逸速度的人造天體。2012年8月25日，旅行者1號(hào)成為第一個(gè)穿過太陽風(fēng)頂層并進(jìn)入星際介質(zhì)的航天探測(cè)器。

在2017年末，為了進(jìn)一步驗(yàn)證旅行者1號(hào)的穩(wěn)健性，旅行者項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)成功完成一次航天器軌道修正推進(jìn)器的測(cè)試（這是1980年發(fā)射這些推進(jìn)器以來的第一次），這是一項(xiàng)可以將航天器任務(wù)延長至2至3年的計(jì)劃。

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旅行者1號(hào)的延長任務(wù)可持續(xù)到2025年左右，到那時(shí)候，它的放射性熱電產(chǎn)生器將不能提供足夠的電力去維持它科學(xué)儀器的運(yùn)轉(zhuǎn)。

逃離太陽風(fēng)層

在1990年2月14日，旅行者1號(hào)在外圍拍下了太陽系的第一張“全家?！保渲邪ㄐ行堑厍?，別稱“暗淡藍(lán)點(diǎn)”的圖像。在這之后，旅行者1號(hào)的攝影機(jī)很快失效，不能再保存能源和其它設(shè)備的計(jì)算機(jī)資源。在移除了旅行者1號(hào)的攝像機(jī)軟件后，想讓這一程序再次啟動(dòng)會(huì)更為艱難，地球端閱覽相關(guān)圖片的電腦和軟件也因此失去作用。

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距離地球60億千米（37億英里）所拍攝的暗淡藍(lán)點(diǎn)相片顯示，在漆黑的外太空中，地球就是一個(gè)很小的點(diǎn)（青白色的小顆粒在向右偏斜的光帶的中間）。

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1998年2月17日，旅行者1號(hào)到達(dá)距離太陽以外69天文單位的距離，超越“拓荒者10號(hào)”成為距離地球最遠(yuǎn)的航天探測(cè)器。與其它探測(cè)器相比，旅行者1號(hào)以每秒17千米（11英里/秒）的移動(dòng)速度成為有著最快日心衰退速度的探測(cè)器。

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? ?雖然旅行者1號(hào)向著星際空間前行，但它的設(shè)備仍在研究著太陽系。噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們?cè)诼眯姓?號(hào)和2號(hào)上用等離子體波實(shí)驗(yàn)尋找太陽風(fēng)頂層，即太陽風(fēng)轉(zhuǎn)化成星際介質(zhì)的邊界。從2013年起，旅行者1號(hào)探測(cè)器以38026英里每小時(shí)（61197千米/小時(shí)）的相對(duì)速度向太陽移動(dòng)。如果探測(cè)器維持現(xiàn)有的移動(dòng)速度，旅行者1號(hào)每年會(huì)移動(dòng)3.25億英里（523×106千米），或者大約每18000年1光年的距離。

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對(duì)氣體巨星近距離飛行帶來的引力作用協(xié)助了旅行者號(hào)們

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邊界激波

美國約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的科學(xué)家們認(rèn)為旅行者1號(hào)在2003年2月進(jìn)入了邊界激波。在邊界激波階段，太陽風(fēng)速度會(huì)降至亞音速速度。但在2003年11月6日的《自然》雜志上，一些其他的科學(xué)家們對(duì)上述觀點(diǎn)表示懷疑。因?yàn)槁眯姓?號(hào)的太陽風(fēng)探測(cè)器早在1990年就停止工作，在沒有得到其它可靠數(shù)據(jù)的情況下，邊界激波的問題都不會(huì)有答案。太陽風(fēng)探測(cè)器的故障意味著邊界激波探測(cè)問題要從旅行者1號(hào)上的其它設(shè)備數(shù)據(jù)來進(jìn)行推測(cè)。

? ?在2005年5月，美國國家航空航天局在一場新聞發(fā)布會(huì)上宣稱，他們一致認(rèn)為旅行者1號(hào)正在太陽風(fēng)鞘之中。2005年5月25日在新奧爾良市美國地球物理學(xué)會(huì)的一場科學(xué)會(huì)議上，埃德?斯通博士呈遞了旅行者1號(hào)在2004年末穿過邊界激波的證據(jù)。這一事件大概發(fā)生在2004年12月15日，探測(cè)器距離太陽94個(gè)天文單位距離的時(shí)候。

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太陽風(fēng)鞘

2006年3月31日，德國無線電業(yè)余衛(wèi)星組織的業(yè)余無線電技工在波鴻市使用20米寬（66英尺）、有長時(shí)間觀測(cè)技術(shù)功能的天線追蹤并接收到來自旅行者1號(hào)的無線電波。業(yè)余愛好者們將該天線獲取到的數(shù)據(jù)與西班牙馬德里的深空網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)照核實(shí)，這似乎是首次有業(yè)余愛好者對(duì)旅行者1號(hào)進(jìn)行追蹤。

經(jīng)低能帶電粒子儀測(cè)量證實(shí)，2010年12月13日旅行者1號(hào)穿過太陽風(fēng)的徑向外流范圍?？茖W(xué)家們認(rèn)為，由于星際風(fēng)對(duì)太陽風(fēng)層的擠壓作用，在徑向外流范圍里的太陽風(fēng)會(huì)側(cè)向一邊。自2010年6月以來，對(duì)太陽風(fēng)的監(jiān)測(cè)結(jié)果持續(xù)顯示為零，給這一活動(dòng)提供了充足的證據(jù)。在這一天，旅行者1號(hào)距離太陽大約116個(gè)天文單位，約等于108億英里（173億千米）。

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? ?2011年3月（距離發(fā)射日期33年6個(gè)月），旅行者1號(hào)接收到了新任務(wù)，改變目的地前往徑向外流的位置測(cè)量太陽風(fēng)的橫向運(yùn)動(dòng)。同年2月，旅行者1號(hào)完成了一項(xiàng)測(cè)試以證實(shí)它仍有自我調(diào)遣和重新定位的能力。探測(cè)器的路線沒有改變，它只是對(duì)著地球逆時(shí)針轉(zhuǎn)了70度并對(duì)太陽風(fēng)進(jìn)行了探測(cè)。這是自1990年拍下了太陽系行星全家福之后，該探測(cè)器首次完成的主要調(diào)遣任務(wù)。半人馬座阿爾法星是旅行者1號(hào)的導(dǎo)引星，在第一次測(cè)試之后，探測(cè)器對(duì)照導(dǎo)引星進(jìn)行自我定位準(zhǔn)確無誤后，旅行者1號(hào)繼續(xù)向地球發(fā)出信號(hào)。此后，旅行者1號(hào)將在任何時(shí)候做好準(zhǔn)備進(jìn)入星際空間。在那個(gè)階段，旅行者2號(hào)仍在探測(cè)太陽風(fēng)的徑向外流，但在接下來的年月里，它將經(jīng)歷與旅行者1號(hào)同樣的任務(wù)。

? ?據(jù)報(bào)道，2011年5月21日，旅行者1號(hào)處于赤緯12.44°,赤經(jīng)17.163°，黃緯34.9°（黃緯的變化非常慢），從地球上看過去，它剛好位于蛇夫座上。

? ?2011年12月1日，旅行者1號(hào)探測(cè)到來自銀河系的首個(gè)賴曼—阿發(fā)輻射。此前，探測(cè)器能夠探測(cè)到來自其它星系的賴曼—阿發(fā)輻射，但在太陽的干擾下，探測(cè)器無法探測(cè)到來自銀行系的賴曼—阿發(fā)輻射。

? ?2011年12月5日，美國國家航空航天局宣稱旅行者1號(hào)進(jìn)入了一個(gè)叫做“宇宙煉獄”的新區(qū)域。在“宇宙煉獄”這一停滯區(qū)域里，從太陽噴射出的帶電粒子緩慢轉(zhuǎn)向內(nèi)側(cè)，且由于星際宇宙壓力的施加，太陽系的磁場強(qiáng)度是星際宇宙的兩倍，太陽系的帶電粒子數(shù)量下降幾近一半，同時(shí)太陽系以外的高能電子則增加了100倍。這一停滯區(qū)域的內(nèi)緣距離太陽113個(gè)天文單位。

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? ? 圖表展示了旅行者1號(hào)探測(cè)到的宇宙線粒子率的大幅上升（2011年10月到2012年10月）。

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圖表展示了旅行者1號(hào)探測(cè)到的太陽風(fēng)粒子率的大幅下降（2011年10月到2012年10月）。

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太陽風(fēng)層頂

? ?2012年6月，美國國家航空航天局通報(bào)旅行者1號(hào)探測(cè)到周圍環(huán)境發(fā)生了變化，科學(xué)家們認(rèn)為這與探測(cè)器到達(dá)太陽風(fēng)頂層有關(guān)。帶電粒子通常從太陽風(fēng)層的太陽風(fēng)偏轉(zhuǎn)射出，但旅行者1號(hào)探測(cè)到來自星際宇宙的帶電粒子數(shù)量明顯上升。因此，科學(xué)家認(rèn)為探測(cè)器處在太陽系的邊緣，準(zhǔn)備開始進(jìn)入星際介質(zhì)。

? ?雖然在2013年沒有再次確認(rèn)探測(cè)器與太陽之間的距離，但旅行者1號(hào)是自2012年8月以來首個(gè)穿過太陽風(fēng)頂層的探測(cè)器，當(dāng)時(shí)它距離太陽121個(gè)天文單位之遠(yuǎn)。

截至2012年9月，在旅行者1號(hào)離太陽121個(gè)天文單位的時(shí)候，陽光需要16.89個(gè)小時(shí)才能到達(dá)探測(cè)器。從探測(cè)器上看到的太陽的視星等級(jí)為-16.3（比滿月的亮度還要低30倍）。同時(shí)，旅行者1號(hào)以17.043千米/秒相對(duì)于太陽的速度移動(dòng)著。如果探測(cè)器保持這個(gè)速度移動(dòng)，則需要花費(fèi)17565年的時(shí)間才能到達(dá)一光年的距離。相較之下，距離太陽最近的紅矮星比鄰星，與太陽之間的距離為4.2光年（2.65×105天文單位）。如果旅行者1號(hào)的目的地是比鄰星，這需要花費(fèi)它73775年的時(shí)間到達(dá)（旅行者1號(hào)正在朝蛇夫座移動(dòng)）。

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? ?2012年末，科學(xué)家們稱航天器上的粒子數(shù)據(jù)表明探測(cè)器已經(jīng)穿過了太陽風(fēng)頂層。據(jù)悉，高能粒子流是遠(yuǎn)在太陽系以外超新星爆炸散發(fā)的宇宙射線，自2012年5月以來，航天器上的測(cè)量數(shù)據(jù)表明探測(cè)器與高能粒子流（超過70兆電子伏）的碰撞率在逐漸上升，兩者之間的碰撞率在2011年8月末也出現(xiàn)過一次大幅上升。同時(shí)間，也在2011年8月末，探測(cè)器與太陽的低能粒子間的碰撞率也出現(xiàn)了一次大幅下降。

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美國約翰霍普金斯大學(xué)的航天科學(xué)家、航天器低能帶電粒子儀的首席研究員埃德?魯洛夫說：“許多研究旅行者1號(hào)的科學(xué)家們都認(rèn)為上述的兩種情況已經(jīng)足夠作為證據(jù)?！比欢?，磁場方向的改變（從太陽的磁場到遠(yuǎn)到星際領(lǐng)域之外的磁場）作為旅行者1號(hào)穿過太陽風(fēng)頂層邊界的最后一條官方標(biāo)準(zhǔn)，沒有人觀察到這一變化（磁場方向僅僅只改變了2度）。

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由此，有些研究人員認(rèn)為他們對(duì)太陽風(fēng)層邊緣的性質(zhì)的判斷出現(xiàn)失誤。2012年12月3日，加州理工學(xué)院的旅行者號(hào)研究計(jì)劃的科學(xué)家埃德?斯通說：“旅行者號(hào)到達(dá)了一個(gè)無人知曉的太陽風(fēng)層的新區(qū)域。很明顯，我們?nèi)栽谔栵L(fēng)層里，但是現(xiàn)在所處位置的磁場可以與太陽風(fēng)層的外部相連接。這就像是一個(gè)可以讓粒子進(jìn)出的高速公路?！边@個(gè)新區(qū)域的磁場能量是旅行者1號(hào)在遇到邊界激波之前所遇磁場的10倍?？茖W(xué)家們認(rèn)為這是探測(cè)器完全離開太陽系進(jìn)入星際空間的最后一道屏障。

? ?在2012年8月25日探測(cè)器探測(cè)到等離子環(huán)境的明顯變化后，一些科學(xué)家在2013年3月宣稱，旅行者1號(hào)可能是第一個(gè)進(jìn)入星際空間的航天探測(cè)器。然而，直到2013年12月12日，關(guān)于新區(qū)域到底是星際空間還是太陽系未知一部分的這一問題仍未有確切答案。在那時(shí)，官方確認(rèn)所發(fā)現(xiàn)的新區(qū)域就是星際空間。

? ?在2013年，旅行者1號(hào)以每年3.6個(gè)天文單位的速度離開太陽系；同階段，旅行者2號(hào)則慢些，以每年3.3個(gè)天文單位的速度離開太陽系。每一年旅行者1號(hào)都會(huì)逐漸拉大與旅行者2號(hào)的距離。

? ?2016年5月18日，旅行者1號(hào)到達(dá)了距離太陽135個(gè)天文單位的距離。到2017年9月5日，兩者之間的距離增加到139.64個(gè)天文單位，或者說僅僅過了19光時(shí)，而旅行者2號(hào)距離太陽115.32個(gè)天文單位。

? ?關(guān)于旅行者號(hào)計(jì)劃的進(jìn)程可以在美國國家航空航天局官網(wǎng)上看到。

星際介質(zhì)

2012年8月25日（大約還差10天就到旅行者1號(hào)發(fā)射35年），這一天被普遍認(rèn)為是人們首次探測(cè)到能量粒子密度的持續(xù)性變化。由此，2013年12月12日，美國國家航空航天局官方承認(rèn)，旅行者1號(hào)已經(jīng)在2012年8月到達(dá)星際介質(zhì)。到這一階段，很多太空科學(xué)家都放棄了堅(jiān)持關(guān)于穿過太陽風(fēng)頂層必然伴隨磁場方向的改變這一假說，并且他們可能會(huì)建立一個(gè)關(guān)于沒有磁場方向改變假說的太陽風(fēng)頂層預(yù)測(cè)新模型。

受到2012年3月發(fā)生的一次太陽風(fēng)大爆發(fā)的影響（太陽風(fēng)頂層內(nèi)部的電子密度可能比太陽風(fēng)頂層外部的電子密度高達(dá)兩個(gè)數(shù)量級(jí)），科學(xué)家們?cè)?013年4月9日開始對(duì)等離子體振動(dòng)頻率進(jìn)行觀察。在一次間接的測(cè)量中，發(fā)現(xiàn)電子密度上升了80倍，科學(xué)家們普遍相信這是探測(cè)器已經(jīng)穿過太陽風(fēng)頂層的一個(gè)關(guān)鍵性發(fā)現(xiàn)。2012年10月和11月科學(xué)家們觀測(cè)到其它較弱的等離子振蕩頻率數(shù)據(jù)。由于旅行者1號(hào)的等離子光譜儀在1980年已經(jīng)停止工作，只能憑借間接的數(shù)據(jù)測(cè)量來獲得上述數(shù)據(jù)。在2013年9月，美國國家航空航天局公布了這些等離子振動(dòng)的音頻轉(zhuǎn)換記錄，這是在星際空間測(cè)量到的首個(gè)數(shù)據(jù)。

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? ?雖然人們普遍認(rèn)為旅行者1號(hào)在離開太陽系的同時(shí)，也離開了太陽風(fēng)層，但是太陽系和太陽風(fēng)層并不完全一樣。太陽系是一個(gè)非常大的空間區(qū)域，由環(huán)繞著太陽的各種天體構(gòu)成。最近旅行者1號(hào)離塞德娜的遠(yuǎn)日點(diǎn)距離不到七分之一，但仍未進(jìn)入奧爾特云，天文學(xué)家們普遍認(rèn)為奧爾特云是太陽系的最外層，即長周期彗星的誕生地。

探測(cè)器的未來

? ?理論上，旅行者1號(hào)需要300年才能到達(dá)奧爾特云，并且要花費(fèi)30000年才能完全穿過這一區(qū)域。即使旅行者1號(hào)不以任何天體作為目的地，這艘無人探測(cè)器將會(huì)在40000年的時(shí)候飛掠目前正位于鹿豹座的格利澤445，到那時(shí)，兩者的距離為1.6光年。格利澤445行星以119千米/秒（430000千米/小時(shí)；270000英里每小時(shí)）的速度朝著太陽移動(dòng)。美國國家航空航天局說：“旅行者號(hào)們注定，或者可能永遠(yuǎn)都在銀河系里游蕩。”預(yù)計(jì)在300000年時(shí)，這個(gè)航天探測(cè)器會(huì)經(jīng)過距離不到1光年的M3V恒星 TYC 3135-52-1。

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? ?雖然從地球發(fā)射的新視野號(hào)空間探測(cè)器速度比旅行者號(hào)更快，但即便旅行者1號(hào)沒有因碰撞損毀，也沒有遭受回收處理，新視野號(hào)空間探測(cè)器也不會(huì)與旅行者1號(hào)有交集。新視野號(hào)只通過近木星飛行獲得單個(gè)的前進(jìn)驅(qū)動(dòng)力，但旅行者號(hào)是從多次的近行星飛行中增加自身以太陽為中心的飛行速度。從2018年開始，新視野號(hào)以14千米/秒的速度移動(dòng)著，比旅行者1號(hào)每秒慢3千米，而且它的速度還會(huì)繼續(xù)降下去。

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? ? 在2017年12月，美國國家航空航天局宣布，自1980年以來，他們首次成功發(fā)射了旅行者1號(hào)的所有4個(gè)軌道修正推進(jìn)器。這些軌道修正推進(jìn)器作用于一組退化了的噴氣設(shè)備，以幫助保持探針的天線指向地球。軌道修正推進(jìn)器幫助旅行者1號(hào)在接下來的兩至三年里可以繼續(xù)向美國國家航空航天局傳送數(shù)據(jù)。

FY: 邱

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