天文科普:旅行者一号!如何避免撞上其他天体?又是怎样和地球联系的呢?
发布时间:2021-04-09
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天文科普:旅行者一号!如何避免撞上其他天体?又是怎样和地球联系的呢?

在发射人造卫星之前,人们只能通过望远镜探索宇宙。1957年在人们踏出地球的那一步时,就被浩瀚无垠的星空吸引了了。但是,我们只是突破了地球的限制。却并没有突破太阳系的束缚!太阳系边缘是一个非常神秘的区域。因为那里由于太阳光逐渐变弱,没有了更多太阳光的反射。天文望远镜也很难观测到,太阳系边缘的一些情况。所以太阳系边缘基本上,是科学探索的盲区。

旅行者一号!如何避免撞上其他天体?又是怎样和地球联系的呢?

 

所以NASA在1977年9月5日,派出了旅行者1号。它曾到访过木星以及土星,并且提供了许多高清图片以及数据。

旅行者一号!如何避免撞上其他天体?又是怎样和地球联系的呢?

 

现在它已经进入太阳系的最外层边界,现在它算是离地球最远的人造飞行器了。旅行者一号的任务是向着遥远的星空前进,脱离太阳系,探索外星文明的存在。如今它已经在太空飞行了43年,为什么它没有撞上任何天体呢?

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不仅如此,旅行者1号现在的状态还非常好。现在还能向地球传回信号,并且能够接收从地球上发出的指令。太阳系中存在着非常多的小天体,那为什么旅行者1号能够避免撞上其他天体呢?旅行者1号离开地球之后,它的第1个目标是木星。在飞向木星的过程中,它需要穿过位于火星和木星轨道之间的小行星带。

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小行星带距离太阳2.2~3.2天文单位,相当于3.3亿至4.8亿公里。在如此宽阔的空间中。小行星带中,每个天体之间的平均距离,达到了100万公里左右。这相当于地球与月球之间距离的2.6倍。由此可见,小行星带其实十分空旷。

虽然小行星带中的天体数量非常多,但它们都分散在非常空旷的空间中。它们本身发生碰撞都非常困难,更不要说如此渺小的旅行者一号探测器了。所以旅行者一号借助土星的引力弹弓效应,加速离开黄道面之前就已经穿过了位于火星和木星之间的小行星带。

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迄今为止,很多穿越小行星带的探测器。均未曾与小行星带的天体发生碰撞。穿过小行星带之后,旅行者1号很快抵达木星。科学家们一开始给旅行者1号,设计了飞行轨道,使其不会撞上木星 ,而是从距离目前35万公里的地方飞过。

离开木星之后,旅行者1号加速飞往土星。同样旅行者1号,也只是近距离飞过土星。他与土星的最近距离约为12.5万公里。但是为了可以转测到土卫六,旅行者1号的飞行轨道发生了变化。它飞离了黄道,与黄道的夹角达到了35度。因此旅行者1号,没有继续造访天王星和海王星,所以也就没有穿过海王星轨道之外的柯伊伯带。

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即使旅行者1号穿越柯伊伯带,它也几乎不可能撞上小行星,因为柯伊伯带也非常空旷。目前新地平线号探测器,正在柯伊伯带中飞行,并且在研究其中的天体。

其实只要一开始设计好了旅行者1号的飞行轨道,它在飞行过程中就能避开行星。那么它与小行星在浩瀚的空间中,发生碰撞的概率几乎为零。

未来旅行者1号,还会在广袤的太阳系中飞行。它将会在1.7万年以后,穿过太阳系最外层的奥尔特星云。然后继续在更为广袤的星际空间中飞行。

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旅行者1号距离地球有216亿公里,相当于144个天文单位。它是以什么为动力继续前行的呢?

216亿公里,这个距离相当于地球和太阳距离的145倍,而它的速度更是达到了每小时55000公里,毫无疑问,旅行者一号是迄今为止人类制造的飞得最远并且速度最快的飞行器了。

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当然不可能是太阳能,因为随着飞行距离的增加。太阳能的供给越来越不稳定,所以工程师在旅行者1号上安装了核发电机。而旅行者一号之所以能够续航那么久,除了自身携带的核发电机以外,它还运用了一种特殊的飞行方式,科学家将这种飞行方式称为“弹弓效应”。这才是它可以一直飞行下去的原因。

那么它是如何把信号传回地球的呢?

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据科学家们介绍,由于该飞行器,是在上世纪70年代末设计的。由于那时候人类的通讯技术,没有今天发达,所以旅行者1号最初是通过无线电的方式传回数据。地球上的工作人员也是通过无线电波,向旅行者1号发送信号。

虽然无旅行者1号和地球的通信基于无线电波,信号会以光速在空间中传播。但是地球上想要接收到旅行者1号的有效信号非常困难,因为无线电信号的强度遵循距离的平方反比定律,这意味着信号经过长距离的传播之后,其强度也会大幅度减弱。

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科学家表示,旅行者1号在遥远的地方向地球发射信号。地面上的人员接收到的信号强度,只有最初的100万亿/1。再加上旅行者1号的信号发射机的功率非常低,仅为20瓦左右,所以地球上所能接收到的信号极度微弱。

后来随着人类的通信技术发展,科学家们通过多种方式,增强了旅行者1号的通讯。

旅行者一号!如何避免撞上其他天体?又是怎样和地球联系的呢?

 

因为在设计旅行者1号的时候,就为他配备了一根直径3.7米的巨形抛物面天线。这使得旅行者1号,在太空飞行的时候,该天线始终都能对准地球。其次,美国宇航局在地球上三个不同的地方,建设了深空网络检测站。

这些检测站能够对旅行者1号,传输回来的信号进行加强。科学家们发出去的信号,也能保证旅行者1号接收到。不过,旅行者1号把数据传输回地球的速率非常慢,每秒仅为160比特。而上行指令的速率更慢,只有下行速率的十分之一,即16比特/秒。再加上它未来会越飞越远,总有一天会和地球失去联系。


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