旅行者1号探测器能飞多久(旅行者1号已经飞行40多年了)

为了更加近距离地探索地外天体,进入本世纪中叶以来,世界各国的科学家们,除了研制更加精密和先进的天文望远镜以外,还向太空中发射了众多探测器,从而可以在需要观测的目标天体的环绕轨道上、或者降落到目标天体上、或者从天体附近掠过,这样观测到的图像或者获取的相关数据,要比天文望远镜更加清晰、准确。

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目前人类向月球发射了110多颗探测器,向火星发射了近60颗探测器,为我们深入了解地外天体、探索太阳系形成演化规律提供了重要的科学依据。

这些深空探测器,受技术条件和能源的限制,在完成既定使命以后,绝大部分都无法再返回到地球,迎接它们的命运,无外乎坠落到大型天体之上、继续环绕天体运行、在太空中游荡、撞击到小行星等几种。

拿旅行者1号来说,它是于1977年9月发射的一枚深空探测器,主要目标是对太阳系内的木星、土星及其卫星进行探测,在1980年完成既定任务以后,按照原有的运行轨道,持续向太阳系外进发,目前已经到达距离地球220亿公里的深空,成为真正意义上的“星际流浪者”。

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在太阳系中,除了体积和质量较大的行星、卫星之外,还分布着大量的小行星、彗星以及星际岩石和尘埃(最为集中的当属木星和火星之间的小行星带,海王星轨道外侧的柯伊伯带),在40多年的时间里,在行进220亿公里的漫长征程中(相对于人类天文探测的距离来说),旅行者1号为什么既没有被其它天体的引力所俘获,也没有发生被其它天体和星际物质碰撞的事件呢?

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首先,从探测器经过的大型天体来看,按照天体逃逸速度公式计算,火星、木星和土星的逃逸速度分别为5.02公里/秒、59.5公里/秒和35.5公里/秒,由于火星的质量较小,所以达到5.02公里/秒的速度,对于旅行者1号来说绰绰有余,毕竟逃离地球引力束缚的速度就已经超过这个数值。但对于太阳系的巨无霸行星-木星和土星来说,要想从它们的表面逃离,所需要的速度就非常大了,仅靠旅行者的初始速度以及携带能源的推动,很难达到目的。

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所以,当旅行者1号跳过火星轨道,直达木星时,科学家们就早已经算好了行进的路线,使之既能在较近的距离来观测木星和土星,同时又不会落入到两颗大行星的“引力势阱”中,也就是说从两颗行星仍有一定距离的区域掠过,从而避免了坠入行星表面的状况,同时还能够利用两颗行星的“引力弹弓”效应进行加速。

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利用这样的“人为干预”,旅行者1号在探测完土星以后,运动速度就被提升到了17公里/秒,此后就逐渐脱离太阳系的黄道平面,转向沿着银河系的银道面行进,此后在太阳系内,再也遇不到大质量的天体了。

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后续对太阳系外围行星的探测任务,则交给了它的“兄弟”-旅行者2号,为了避免旅行者2号被天王星、海王星等天体引力所俘获,科学家们同样精心、精密测算好了探测器的运行轨道。此后从与旅行者1号不同的方向,进入太阳系的外围空间,开启了远日之旅。

可以说,在太阳系“行星世界”的范围内,旅行者系列探测器之所以没有被大型天体的引力所捕获,基础是人为参与和探测的结果,在它们行进过程中,根据相应模型推演和预测的结果,不断修正了运行轨道,使之长时间处于“安全范围”。而它们穿越小行星带以及后续的柯伊伯带的过程,则没有人类的助力,更多的是依靠运气了。

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当然,深空探测器的运气,也不是平白无故地被人类所赋予的,而是科学家们经过认真测算后,得出它们碰撞到这些小天体的几率很低,基本上可以忽略的地步,以至于在配置这些探测器的仪器设备时,并没有安排自主感应和相应的避让措施,最大限度地减轻探测器的载荷重量,继而达到增加能源供给、延长通讯时间的目的。

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拿小行星带来说,根据目前的观测结果,其间分布着至少50万颗小行星,但由于它们分布区域的宽度,达到1.5个天文单位,再加上所有小行星的总质量很小,只有月球质量的二十五分之一,而且主要集中在几个质量较大的小行星体上(比如谷神星、灶神星、智神星等)。

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因此,换算下来,在这么广阔的区域内,大约3万亿平方公里的范围中只有1颗小行星(以太阳系黄道平面为衡量标准,垂直方向上不考虑),小行星与小行星之间的平均距离,将达到100万公里以上,这是什么概念?大家心里可以估算一下,地球的直径从1.2万公里,如此广阔的“空隙”,要是碰上一颗小行星,才算“中了大奖”了。

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而海王星轨道之外的柯伊伯带,虽然拥有的小行星数量更多,达到100万颗以上,但是它们的分布区域范围更广,绵延宽度达20个天文单位以上,而且个头更小,在这里两颗小行星之间的平均距离,将达到上千万公里,探测器要想撞上它们几率就更加渺茫了。之后旅行者1号所要穿越的太阳系奥尔特云,星际物质密度更低,个头较大的天体之间距离更被拉大,要是撞上它们,无异于像在一片沙漠中寻找到一粒沙子般困难。

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综上,旅行者1号在发射后40多年里,在行进220亿公里的漫长旅途中,没有发生碰撞事件,主要是因为和小行星相撞的几率太小了,基本上可以忽略不计。而之前在太阳系内部没有被大型天体所俘获,主要是人类“精确制导”的结果。

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旅行者1号目前的电池电量已经快要消耗殆尽,也早已与地球失去了信息联系,在宇宙深空中飘荡的过程中,它虽然受到小行星撞击的几率非常低,但也会时刻受到稀薄太空气体和星际尘埃的影响,至于它能坚持到什么时候,会产生什么样的影响,最终会飞到哪里,我们人类将不得而知,只能默默地祝福它了。

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