“旅行者”:将四大行星“一网打尽”

Space Exploration - - 深空探测专题 - □袁东

在 40年的漫漫征途中,“旅行者1号”和“旅行者2号”探测了木星、土星、海王星、天王星,可谓将这些行星“一网打尽”。

对几大行星的探测 1. 木星

1979年2月25日,“旅行者1号”发回了大家期待已久的木星的大红斑。它是一个在木星赤道以南22°存在了很久的巨大反气旋风暴,自 1830 年开始,已经被持续观测了187年,但这次我们看到的是高清!

第一位看见大红斑的人一般被认为是罗伯特·虎克,他在 1664 年描述木星上的这个斑点;然而,虎克所描述的斑点是在不同的区带上(北赤道区,但目前的位置在南赤道带)。较令人信服的是乔凡尼·卡西尼在次年描述的一个永久的斑点,卡西尼从1665 年至 1713 年,持续观测在可见光的波段的大红斑,不过没有“旅行者”,这些红斑一直看的模模糊糊。 2. 土星 土星环是太阳系行星的行星环中 最突出与明显的一个, 虽然环的反射能够增加土星的视星等(亮度),但从地球仅凭肉眼还是看不见的;在 1610 年,当望远镜第一次指向天空之际,伽利略成为观察土星环的第一个人,但他还未能清楚的看出环的本质;在 1655 年,惠更斯成为第一个描述环是环绕土星的盘状物的天文学家。但土星迷离的光环,而只有两艘旅行者号探测器才发现环实际上是由数以万计稀薄的小环和空隙构成,环中的颗粒主要成分都是水冰,还有一些尘埃和其它的化学物质,轨道成丛集的绕着土星运转。

3. 天王星

天王星是太阳系内大气层最冷的行星,最低温度只有 -224℃。其外部的大气层具有复杂的云层结构,水在最低的云层内,而甲烷组成最高处的云层。天王星的内部则是由冰和岩石所构成。

4. 海王星

海王星是太阳系直径上第四大行星,体积是地球的17 倍,质量约是地球的 14倍,但它的亮度仅为 7.85等,只有在天文望远镜里才能看到它那荧荧的淡蓝色光,所以西方人用罗马神话中的海神来称呼它。在 1989年“旅行者2号”飞越期间,拍摄到海王星巨大的暗斑,但后来用哈勃空间望远镜观察海王星时却发现暗斑已经消失。海王星的天气特征是风大,其风速达到超音速直至大约每小时2100 千米,暗斑据推测是一个欧亚大陆大小的飓风系统,源于其内部热流的推动。

“旅行者2号”特地对海卫一进行深度观测,海卫一的表面温度甚至低于冥王星的表面温度(-229℃)。海卫一地质活动活跃,其表面非常年轻,很少有撞击坑。“旅行者2 号”观测到了多个冰火山或正在喷发着液氮、灰尘或甲烷混合物的喷泉,这些喷泉可以达到8千米的高度。

捕获太阳系外行星新信息

“旅行者号”的探索, 获得了大量有关太阳系的外行星新信息。这些巨大的行星都有自已的卫星族, 与太阳系一些较小的内行星——水星、金星、地球、火星完全不同:

最大的外行星——木星,“旅行者号”仔细探测了它的卫星、辐射带,发现木星竟有前所未见的行星环。最令人惊讶的是在木卫一上发现了火山活动。这个发现是在地球上从未观察到的,就连先驱者 10 号及 11 号也并未观察到。

“旅行者号”在对木星和土星的磁层测量方面取得了显著的进步,并提供了天王星和海王星的磁球的第一次测量,探测结果发现天王星居然存在磁场!“旅行者2号”的观测显示天王星的磁场是奇特的,一则是它不在行星的几何中心,再者它的磁场轴相对于自转轴倾斜59°,另外还发现了天王星十颗新卫星。

这些行星的卫星 , 还有奇特的地质现象,比如木卫一火山活动,木卫一,也称为“艾奥”,直径为 3642千米,是太阳系第四大卫星。艾奥有400座的活火山,是太阳系中地质活动最活跃的天体。

“旅行者”发回的信息让科学家们研究了许多年 ,它的意义在于给我们提供了大量太阳系新知识,以及产生的进一步探索的兴趣,引发了后续“伽利略号”对木星、“卡西尼号”对土星的探测任务。只有通过这些探 索,我们对太阳系才会有更清楚地了解,比如最近有人提出最适宜人类移居的可能是土卫六……

“旅行者1 号”1980 年飞越土星之后,随即关闭了照相机节省电能。但在 1990 年 2 月 14 日,在它飞近太阳系边缘的时候,重启了照相机并回头给太阳系拍摄了一张全家福,包括太阳、金星、地球、木星、土星和天王星。这是“旅行者1号”拍摄的最后一张照片,也是太阳系各行星唯一一张全家福。

兵分两路 勇往直前

“旅行者1 号”在 1979 年经过木星系统,1980 年经过土星系统,是第一个提供了木星、土星以及其卫星详细照片的探测器,尤其值得一提的是它探测到土星环的复杂结构,并且对土卫六上的大气层进行了观测,由于发现了土卫六拥有浓密的大气层,美国宇航局的控制人员最终决定了让“旅行者1号”驶近土卫六以进行研究,并随之终止了它继续探访其余两颗行星,结果造访天王星和海王星的任务只得交予“旅行者2 号”。

这次靠近土卫六的决定使“旅行者 1号”受到了额外的引力影响,最终使飞行器离开了黄道,终止了它的探索行星任务。在 1980 年 11 月 20日完成了主要任务之后,美国宇航局 安排“旅行者1号”在离开土星后进行星际探索任务,使用飞船上的等离子探测仪验证日球层顶的存在。天文学家在2010年12月13日证实“旅行者1号”通过太阳风的尽头, 2013 年 9 月 12 日,美国宇航局官方证实“旅行者1号”已经飞出了太阳系,正式成为离地球最远的人造飞行器,也是第一个进入星际空间的人造物体。

不过“旅行者号”有没有飞出太阳系也存在争议,关键要看怎么定义太阳系的彊域了。确切的说法是,“旅行者 1号”已经飞出了太阳风的势力范围,进入了星际介质,但仍然留在太阳引力的势力范围之内,还要停留至少好几万年……

截至 2017 年 6月为止,“旅行者1号”距离太阳约为139天文单位,离地球约 208 亿千米,收到“旅行者 1号”的无线电信号需要等待17小时。“旅行者1号”并没有朝向任何特定的星座前进,但是在约4 万年后它会以 1.6 光年的距离经过蛇夫座的 AC+79 3888 恒星。

“旅行者2号”的飞行轨迹虽然较慢,但成为了第一艘造访木星、土星、天王星和海王星的航天器,完成了借这个 176 年一遇的行星几何排阵而造访四颗行星的机会。在“旅行者 2号”的探访行星任务完成之后,将和他“哥哥”一样,继续前行。★

▲旅行者1号发射升空

▲ 这是“旅行者1”号在 1120 万千米外回头拍摄的照片,这是第一张完整显示地月系统的照片

▲ “旅行者2号”所拍摄的土卫二:土星的月亮。由于它比较靠近明亮得多的土星及其光环,从地球上很难观测到这颗卫星,直到旅行者号计划实施后,对土卫二的观测才得到显著改善,参与旅行者计划的科学家认为E环是由土卫二地表所喷射出的颗粒组成的。

▲ 1986 年 1 月 17日旅行者 2 号拍摄的天王星

▲ “旅行者2号”拍摄的海卫一

▲木星的大红斑

▲ 土星迷离的光环,实际上是由数以万计稀薄的小环和空隙构成的复杂结构体

▲土星环

▲ “旅行者”兄弟勇往直前

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