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旅行者2號

旅行者2號(英文名稱:Voyager 2)是旅行者1號的雙胞胎姊妹探測器,是美國研制的一個外太陽系空間探測器,于1977年8月20日在卡納維拉爾角空軍基地發射,比旅行者1號早15天發射。

旅行者2號重722千克,采用核動力供電,旅行者2號以一個有些不同的軌跡接近土星,無論如何,由接近泰坦(土衛六)的引力而產生的引力彈弓,它后來又繼續飛向天王星和海王星。旅行者2號是第一個在如此遠的地方訪問這兩顆行星的飛行探測器。旅行者2號于1986年經過天王星,于1989年經過海王星。現在探測器上的許多儀器已關閉,但它仍在繼續探測太陽系的環境。

中文名稱旅行者2號英文名稱Voyager 2
研制國家美國質量721.9千克
探索目標木星、土星、天王星、海王星、外太陽系發射時間1977年8月20日
發射場卡納維拉爾角空軍基地運載工具大力神3號運載火箭

探測器簡介

旅行者2號最初計劃屬于水手計劃里的水手12號探測器。旅行者2號與其雙胞胎姊妹探測器旅行者1號基本上設計相同。不同的是旅行者2號循一個較慢的飛行軌跡,使它能夠保持在黃道(即太陽系眾行星的軌道水平面)之中,借此在1981年的時候透過土星的引力加速飛往天王星和海王星。正因如此,它并沒有像它的姊妹旅行者1號一樣能夠如此靠近土衛六。但它因此而成為了第一艘造訪天王星和海王星的航天器,完成了藉這個176年一遇的行星幾何排陣而造訪四顆氣態巨行星的機會。

旅行者2號被認為是從地球發射的航天器中最多產的一艘航天器,皆因在美國宇航局對其后的伽利略號和卡西尼-惠更斯號等的計劃上收緊花費之下,它仍能以強大的攝影機及大量的科學儀器造訪四顆氣態巨行星(木星、土星、天王星、海王星)及其衛星。

如果沒有未預料的失敗發生,我們將能在與它們保持聯系,直到2030年。兩個探測器有大量的聯氨燃料。旅行者1號的推進劑能使用到2040年,2號的能用到2034年。限制因素則在于RTG(放射性同位素熱電產生器)。到2000年前,UVS(紫外線分光計)儀器的動力將耗盡。到2010年,剩余的動力使得所有的場與粒子儀器無法同時工作。這時,一個能源共享方案將被執行,使得場與粒子儀器中的一些與另一些輪流工作。飛行器能在這狀態下持續工作約10年。到最后,能量可能太少,以致無法正常維持飛行器的工作。

與旅行者1號探測器一樣,旅行者2號也攜帶有一批所謂的“地球名片”--其中包括著各種幾何圖案的鍍金銅片,以及記錄有地球上各種聲音的唱盤,為的是讓可能存在的外星智慧生物知道地球上也存在著生命。

據天文學家們的計算,如果旅行者2號一直能順利地飛行下去,從理論上講,其將在公元8571年飛抵距離地球4光年的Barnard恒星附近,而到公元20319年,其將飛抵距離半人馬座3.5光年的地方,而到296036年,將到達距離天狼星最近處,約4.3光年。

發射情況

1977年8月20日,美國在卡納維拉爾角空軍基地使用大力神3號運載火箭將旅行者2號探測器發射升空。

由于地面的工作人員忘記傳送一個重要的啟動代碼到旅行者2號,使航天器關閉了船上的高增益天線。幸好地面的工作人員最終成功與船上的低增益天線取得聯絡,并重新啟動船上的高增益天線。

拜訪木星

旅行者2號在1979年7月9日最接近木星,在距離木星云頂570,000公里處掠過。這次拜訪多發現了幾個環繞木星的環,并拍攝了一些木衛一的照片,顯示其火山活動。

旅行者2號拍攝到的木衛一跨越木星

圖:旅行者2號拍攝到的木衛一跨越木星

木星是太陽系里最大的行星,主要由氫及氦組成,及小量的甲烷、氨、水蒸氣和其他合成物。而中央則是一個由硅酸鹽巖石和鐵組成的核。木星上顏色多姿多彩的云層,顯示了木星大氣層里變幻莫測的天氣。而木星亦擁有暫時為止最多的天然衛星共63個。木星的公轉周期是11.8年,自轉周期則是9小時55分鐘。

雖然天文學家透過望遠鏡研究了這個行星好幾個世紀,但旅行者2號的發現仍然為科學家們帶來驚訝。例如木星大氣層上著名的大紅斑風暴被發現了是一個以逆時針方向轉動的復雜風暴系統,同時亦發現了一些細小的風暴和旋渦。

木衛一

木衛一上發現了活火山是另一樣震驚科學家們的發現。這是因為科學家們首次在太陽系的其他星體里發現了仍然活躍的火山活動。旅行者2號這次總共觀測了木衛一上九座火山的爆發,亦證實了在兩艘旅行者航天器的造訪期發生的其他火山爆發。火山爆發造成的煙霧被噴射至離開木衛一表面300公里以上的高空。而從火山爆發噴射出的物質速度更高達每秒一公里。木衛一上的火山爆發能量可能來自其與木星、木衛二和木衛三之間的潮汐力。由于這三顆衛星被鎖定于拉普拉斯共鳴軌道上,即木衛一公轉兩次、木衛二就會公轉一次;而當木衛二公轉兩次,木衛三又會公轉一次。雖然木衛一總是以一面對著木星,但木衛二和木衛三讓其產生輕微的搖擺。這種搖擺力量作用大得使木衛一彎曲達100米,對比地球上卻只有1米而已。木衛一上的火山活動亦影響了整個木星系統,它的影響力遍及木星的磁圈。硫酸、氧 鎂及鈉顯然地隨木衛一上的火山噴出,并衛星的表面亦受到高能量的粒子影響而被噴濺。這些噴濺甚至到達了木衛一的磁圈邊界,離開其表面數百萬英里之遠。

木衛二

從旅行者1號的低分辨率照片中可以看到了其表面出現了蹤橫交錯的紋理。最初,科學家們相信那些紋理是源自地殼移動或地殼構造活動而成的裂紋。但其后從旅行者2號提供的高分辨率照片卻讓科學家們感到懊惱,皆因那些特征卻又欠缺了地形學上的輪廓。正如其中一位科學家形容說:“那些特征就像是一枝粗頭墨水筆畫上去一樣”。造成如此的紋路,有可能是因為木衛二亦同樣受到了潮汐力影響,使其內部出現了如木衛一百分之十或以下的摩擦力及熱力。一般認為木衛二有一薄的冰造的地殼(少于30公里),下藏一個深約50公里的海洋。

木衛三

木衛三是太陽系里最大的天然衛星,其直徑達5276公里。這趟旅程證實了木衛三上有兩種明顯的地形:多坑及多深構。科學家們認為木衛三的冰地殼正受到地殼構造活動等的張力影響。

木衛四

地殼上殘留的古老隕石坑則顯示了很多被隕石撞擊過的痕跡。最大的隕石坑顯然地因地殼上的冰層移動而隨時間被填去,因為在滿布撞擊痕跡的盆地上幾乎沒有任何顯然而見的地形特征殘留。這是撞擊痕跡之所以被確認是因為剩下了較淺的顏色及留下了減退了的環形山。

木星環

木星被發現擁有一個暗淡而粉狀的環。環的外邊距離木星中心129,000公里,而內里的邊界則距離木星中心30,000公里。 同時,這趟旅程亦發現了木衛十五和木衛十六兩顆細小的衛星,剛好在木星環的外圍運行。而第三顆新發現衛星木衛十四則夾在木衛五和木衛一中間的軌道運行。

木星的環和其衛星都出現在其密集而滿布電子和離子輻射帶的磁場之中。這些粒子和磁場組成了木星的磁圈,向太陽方向伸延3至7百萬公里,并伸延到至少到達土星的軌道,即7.5億公里之外。由于磁圈會跟隨木星轉動,磁圈會掃過木衛一并同時每秒鐘剝去一公噸的物質。這些物質會形成一個在紫外光下才看見的環形離子云,這團離子云會向外移動,使木星的磁圈比正常的大出兩倍。一些精力旺盛的硫酸和氧離子會墮進了這個磁場繼而進入了木星的大氣層之中,形成了極光。

當木衛一橫過木星的磁場時,它就活像一個發電機,發展出400,000V的電壓橫跨其直徑并同時制造出約3百萬安培的電流,由磁場流到木星的電離層。

旅行者2號最終造訪了木星好幾天后離開,并對木星拍攝了很多照片。

拜訪土星

旅行者2號在1981年8月25日最接近土星。當航天器處于土星后方時(相對地球而言),它以雷達對土星的大氣層上部進行探測,并量度了氣溫及密度等資料。旅行者2號發現高層位置(氣壓相當于7百帕時)的氣溫為-203℃,而在低層位置(氣壓相當于120百帕)則量度出-130℃。北極會多冷10℃,但仍會出現季節性變化。

旅行者2號拍攝到的土星

圖:旅行者2號拍攝到的土星

掠過土星后,船上的拍攝平臺有點卡住了,使前往天王星和海王星的任務產生變數。幸好,地面的工作人員最終把問題解決,那是因為過度使用而令潤滑油暫時耗盡。最終航天器仍是接到繼續前進的指令,前往天王星。

拜訪天王星

旅行者2號在1986年1月24日最接近天王星,并旋即發現了10個之前未知的天然衛星。另外旅行者2號亦探測了天王星由其自轉軸傾斜97.77°緣故而獨特的大氣層,并觀察了他的行星環系統。在這首次的掠過之中,最接近天王星時只距離天王星的云層頂部81,500公里而已。

旅行者2號拍攝的天王星

圖:旅行者2號拍攝的天王星

天王星是太陽系里第三大的行星,它于距離太陽約28億公里的距離圍繞太陽公轉。其公轉周期是84年,自轉周期則是17小時14分鐘。天王星的自轉獨特在于它實際上是傾倒在其軌道滾動,一般認為這個不尋常的位置是由于在太陽系的形成早期曾與一顆行星大小的星體碰撞過的緣故。由于它的奇怪定位,使它的兩極會分別接受長達42年的白晝或晚上,所以科學家們都不知道會在天王星上發現到些什么。

旅行者2號發現了其中一樣因天王星的傾斜位置而對其傾斜了60度的磁場的影響,就是其磁尾因天王星的轉動而被扭曲成為了一個螺旋形,出現在天王星的后方。不過其實在它到訪之前,人們對天王星擁有磁場并不知情。

天王星的輻射帶被發現如土星的一樣密集。輻射帶里輻射的密集程度,會令光線把任何困在衛星或環里冰面上的甲烷迅速地(在100,000年以內)變暗。這樣解釋了為什么為什么天王星的衛星及環大部分都以灰色為主。

在日光直射的一極檢測到一些高層次的霧,發現這些霧幫助散播大量的紫外光,這個現象稱之為“日輝”。其平均溫度是-213 ℃。令人驚訝的是,即使是被照射的一極和黑暗的一極,在整顆行星上的云頂氣溫幾乎一致。

在五顆最大的天然衛星中運行軌跡最靠近天王星的天衛五,展示出它是太陽系中最奇怪的星體之一。當旅行者2號飛過時,從拍攝回來的詳細照片中看到其表面上有一些深達20公里的峽谷、隆起的斷層和新舊年齡混合的地表。有理論指天衛五可能是把早期一些猛烈撞擊后破裂的物質重新組合而成。

旅行者2號同時亦觀測了九個已知的天王星環,顯示出天王星環與木星環和土星環截然不同。整個星環系統相對地較新,并非與天王星形成時一起形成。星環里的組成粒子有可能是一顆因高速撞擊或被潮汐力撕碎的衛星碎片而形成。

拜訪海王星

旅行者2號在1989年8月25日最接近海王星。由于這是旅行者2號最后一顆能夠造訪的行星,所以決定將它的航道調校至靠近海衛一一點,不再理會飛行軌跡,就像旅行者1號完成造訪土星后不理飛行軌跡靠近土衛六一點進行研究一樣。

旅行者2號拍攝到的海王星

圖:旅行者2號拍攝到的海王星

旅行者2號發現了海王星的大黑斑,后來在哈勃空間望遠鏡于1994年再次觀測時卻消失了。最初被認為是一片大的云,但后來卻被認為是云層上一個空洞。

經過旅行者2號造訪海王星后,冥王星是當時唯一一個仍然未被任何從地球飛來的航天器造訪過的行星。但后來在國際天文學會重新定義行星后,冥王星被降級為一顆矮行星。因此,旅行者2號在1989年飛掠過海王星后,使太陽系中所有行星都至少被人造航天器探訪過一次。

離開太陽系

由于旅行者2號的探訪行星任務已經完結,旅行者1號被美國宇航局形容為進行星際探索任務,用以查找在太陽圈外的太陽系究竟是怎樣的。一般相信旅行者1號已經2004年12月飛越了終端震波區域,現時正身處在日鞘之中。每一艘旅行者航天器均攜帶著一片旅行者金唱片,以備當探測器被外太空智慧生物捕獲時可與他們溝通。唱片中載有地球上的映像及各種生物、一些科學資料和一首組曲“地球之聲”。曲中收錄了諸如鯨魚、嬰兒哭聲、海浪拍打聲及不同種類的音樂。

在2006年9月5日,旅行者2號正處于距離太陽80.5個天文單位左右,深入于黃道離散天體之中,并正以每年3.3天文單位的速度前進。在這個距離是太陽與冥王星之間的距離兩倍,并比塞德娜的近日點較遠,但仍未超越鬩神星的軌道最遠處。

2007年8月,旅行者2號跨越終端震波并進入日鞘。

2020年前,旅行者2號將會繼續傳送訊號。

旅行者唱片

旅行者號攜帶的銅質磁盤唱片

圖:旅行者號攜帶的銅質磁盤唱片

旅行者2號與旅行者1號一樣,攜帶了一張銅質磁盤唱片,內容包括用55種人類語言錄制的問候語和各類音樂,旨在向“外星人”表達人類的問候。唱片有12英寸厚,鍍金表面,內藏留聲機針。55種人類語言中包括了古代美索不達米亞阿卡得語等非常冷僻的語言,以及四種中國的語言(中文、粵語、閩南語、吳語)。問候語為:“行星地球的孩子(向你們)問好”。唱片還包括了以下內容:

時任聯合國秘書長庫爾特·瓦爾德海姆的問候。

時任美國總統卡特的問候,內容是:“這是一份來自一個遙遠的小小世界的禮物。上面記載著我們的聲音、我們的科學、我們的影像、我們的音樂、我們的思想和感情。我們正努力生活過我們的時代,進入你們的時代。”

一個90分鐘的聲樂集錦,主要包括地球自然界的各種聲音以及27首世界名曲,其中有中國古琴曲《流水》、莫扎特的《魔笛》和日本的尺八曲等。

115幅影像,包括太陽系各行星的圖片、人類生殖器官圖像及說明等。

另外,唱片封套上也包括了一塊高純度的鈾238。由于已知其衰變為钚239的半衰期約為41.7億年,這樣捕獲此唱片的外星生命即可據此推算出探測器的發射日期。

旅行者2號
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最新更新:2015-07-23 20:49
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