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旅行者一号曾于65亿公里外传回一张照片,科学家:感到挫败又无力
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2022.05.30 四川

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引言

宇宙,浩瀚而神秘。自古以来,宇宙一直是承载人类未知与想象的天花板,在人类科技日益发展的过程中,对于宇宙的观察探索也从未停歇。从二十四节气的天文规律到阿波罗11号登月成功,乃至独自飘荡在茫茫星海之中的哈勃望远镜,都是源自人类对于未知探索的好奇心。

归根究底,好奇只是人们探索宇宙的一个诱因和起点,人类费尽心机在浩瀚宇宙中不断寻找的,正是文明的意义-即人类能得以在地球以外生存的确定性:能源和资源。

但旅行者一号的空间探测器自65亿公里外传回地球的一张照片,却令科学家产生了挫败感:原来人类的渺小在宇宙的无尽之中显得如此狂妄和可笑。

宇宙星云模拟图

旅行者一号与一张照片

旅行者一号是一艘无人外太阳系空间探测器。由美国宇航局研发并于上世纪七十年代发射,是第一个独自穿越太阳圈,并提供木星、土星及其土星环详细照片的探测器。

它为人类探索和认识宇宙之路提供了显著科研价值。如今旅行者一号凭借着核动力电池的续航能力,已经翱翔到距我们大约200多亿公里的太空深处。

旅行者一号还搭载有一张12英寸的铜质磁盘唱片,采用镀金的锻造工艺,并配置以金刚石为原材料打造的留声针,使音质和内存得以拥有“金刚不坏之身”,甚至能够完整保存十几亿年都崭新如初。

旅行者一号携带的金唱片

这张唱片录制保存了五十多种语种的人类问候语,以及各类音乐影像和人类图像,试图寻找外星文明并对外星文明进行交流问候,使之认识地球和人类。

科学家的想象虽然美好,但旅行者一号多年航行的过程中却并没有机会接触到外星人,而是不断向地球的倾听者们用照片讲述宇宙中的所见所闻。

在飞行了十多年后,旅行者一号向地球传来了这么一张照片,它让航天事业起步阶段对旅行者一号寄托着无限希望的人类科学家们,倍感挫败与无力。

旅行者一号

这张照片是旅行者一号在距离地球65亿公里外捕捉到的“太阳系全家福”,即便已经飞行了十多年,但照片显示旅行者一号依旧还在太阳系里徘徊。

从照片上看,太阳系的八大星系只有模糊的几个亮点。我们生存的地球,在这张照片上仅仅只有0.12个像素点大小,被称为“暗淡蓝点”,从视觉上看几乎是不存在的。

这与登月阿波罗号在月球上远瞰地球所见的发光蓝宝石大相径庭,形成了鲜明对比。这张照片使人类忽然认识到,宇宙之大,可能突破了我们想象的范围和边界。

仅仅在太阳系里的地球就如同一粒微尘,如果放进数不清星系的宇宙汪洋之中,我们人类和地球,又究竟算得了什么呢?

旅行者一号拍摄的地球照片

太阳系-探索宇宙的第一层桎梏

人们对于“走出太阳系”的执念可以追溯到二十世纪中叶,天文学家提出了各种假设和猜测都在其后数十年间不断发展和完善。

先后发射的探索者一号、探索者二号都被人类寄托以“走出太阳系”的宏伟愿景。但是,人们为什么千方百计地想要走出太阳系?

旅行者一号最后有没有成功?这一切都要从46亿年前的一场超新星爆炸开始说起。46亿年前,一场超新星爆炸促使星云坍缩。

人类发射的探测器

坍缩的核心区域密度温度逐渐增加,孕育出一个高温高密度的核球,也就是后来的太阳。在此基础上,残余物质逐渐形成数以万计的行星。

它们被太阳周遭气体盘内的引力所捕获,最终形成了太阳系。在太阳系这盘棋局之中,有规律地错落着大大小小数以万亿计、种类繁多的星星,我们赖以生存的地球也是其中之一。

走出太阳系,正是人类探索未知,攀登顶峰,突破自我,于茫茫宇宙之中探索人类文明延续可能性,寻求人类生存哲学的第一站突破口。

太阳模拟图

据观测,太阳系的直径远大于120亿公里,而太阳系里充斥着由太阳不断吹出的太阳风,这些太阳风在星际介质中形成了一个激波面。

这个激波面的可探测性,就被用作判定是否到达太阳系边界的一个标准。在发射的20年后,探测器终于通过了激波面,来到了太阳系的边界区域。

而在2012年,旅行者一号探测到太阳风里产生的宇宙线粒子含量变少,来自银河系的宇宙射线能量变高。这样的数据反复变化了许久,直到探测的数据之中几乎只剩下宇宙射线的能量。

美国宇航局的人便认为,旅行者一号已经穿越了太阳系,成功进入星际空间。但仅仅凭宇宙射线能量数值判断是否进入星际空间是远远不够的,我们还需要等离子密度数据作为判断才能得出结论。

旅行者与行星示意图

由于旅行者一号的等离子体密度探测器早在探测土星的时候就坏掉了,人们只能根据已知数据推测等离子体的密度,发现旅行者一号确实在不断进入密度更高的区域,与理论预期的星际空间密度十分接近。

于是,人们现在已经默认旅行者一号已经走出了太阳系,但严格意义上来说-只是正在无限接近太阳系的边界,但真正要走出太阳系,按其目前的速度还至少需要三万年。

遗憾的是,旅行者一号所携带的全部核动力电池都已经快消耗殆尽。为了支撑它去到更远的地方,NASA采用了低耗节能的模式,关闭了旅行者一号的大部分功能,延长了五年的运行时间。

预计到2025年,旅行者一号在耗尽能源之后就会和地球彻底失去联系,独自前往银河系流浪,不再回来。

旅行者一号抵达太阳系边缘示意图

旅行者一号做出了哪些技术突破?

旅行者一号为人类“走出太阳系”和探索宇宙做出了巨大贡献和努力,这其中凝聚了无数航天科学家的智慧。

在上世纪六十年代,美国喷气动力实验室的两位实习生-米诺维奇、弗兰多,破解了传统机械学中的引力问题:天体之间的引力总是会影响到天体的轨迹。

天才般的米诺维奇则成功精准预测了天体轨迹的改变规律,不仅如此,他还提出了引力弹弓效应:使飞行器在经过行星时与其同方向环绕太阳。

这样就能够利用其引力轨道获得这颗行星的部分动量,利用引力援助进行弹射前进。而旅行者一号的发射时间,也正好选在了木星、土星、天王星、海王星刚好排列在同一侧的时机。

旅行者一号拍摄的木星

如此就大大缩短了其抵达这四颗行星的航程。出行问题解决了,那么从1977发射至今,依靠上世纪70年代科技制造的旅行者一号是如何跨越数百亿公里和地球进行联系的?

这就要依靠NASA建造的“深空网络系统”阵列,站点们在地球表面呈120度分布,这样就能避免地球自转造成的通讯盲区,使人造飞行器随时能够向地球传输数据。

得益于人类的智慧和技术突破,第一架承载人类“走出太阳系”野心的飞行探测器,才成功在宇宙之中遨游至今。

宇宙中的探测器

人类探索宇宙的阻碍和困境

虽然人类航天事业的发展蒸蒸日上,已经在航天探索中取得了显著的进步和成就。但我们人类科技在宇宙的无尽浩大面前还是显得如此渺小和不堪一击,人类探索宇宙之路还依然面临着重重阻碍。

航天事业,很大程度上意味着高投出,低回报,再多的技术和设计如果没有足够的经费投入进行落地,终究都只是纸上谈兵。可以说,航天的探索不只是技术的探索,还有人类社会力的探索。

如今往返近行星一趟需要耗费将近上千万亿级的钞票,而且往往都是“无功而返”,人们对于其他星球上的能源也仅仅停留在认知阶段。

如果需要开采和利用,其中的技术瓶颈和成本耗费甚至远大于能源本身的价值。因此,现如今的航天事业依旧还停滞在“为爱发电”和展示综合国力的价值层面。

人类航天主题海报

要真正做到探索太空,甚至向太空索取资源,依照目前航天事业的发展还远远不够。除此之外,人类本身的生理构造也不适合太空环境:缺氧,真空,失重极大温差,辐射,射线。

无一不是人类探索宇宙过程中的巨大阻碍。从技术层面来说,现有的最尖端的超高速引擎推进器,其飞行速度都无法成功打破空间的限制,这也是人类至今无法飞出太阳系的根本原因。

因此,在看见旅行者一号从65亿公里之外传回来的那张照片之时,人类科学家才会感到如此挫败。也许我们最需要打败的,正是时间。

地球所在的太阳系中有八大行星

人类走出太阳系的可能性

即便以人类现在的科学技术,短时间内走出太阳系还希望渺茫。但我们也不妨来大胆设想一下人类走出太阳系其潜在的可能性。

显而易见,走出太阳系其实最难突破的,是“时间”,人类如何在有限的寿命内走出太阳系,才是最大的难题。虫洞,是一个还未被观测到仅存在于设想之中的天体。

它能够折叠空间利用捷径来跨越空间限制,进行瞬间的时空转移。虽然现在还未被证实存在,但时间能带来无限可能,也许在等待飞船驶出太阳系的几万年里,虫洞能够出现在太阳系内。

虫洞想象图

除了虫洞,新的能源开发利用,也许也能成为我们突破时空限制走出太阳系的动力,如暗物质,反物质,太阳核聚变等特殊能源也许能帮助我们实现超光速飞行。

但爱因斯坦的狭义相对论认为,光速是宇宙的极限速度,任何有质量的物体都无法超越光速。不过因技术限制,现如今我们还无法验证这一观点。如果人类的飞行速度能够达到光速,那么走出太阳系的问题便可迎刃而解了。

虫洞形成模拟图

结论

所以,人类航天宇宙科技的发展仍然任重道远。通过旅行者一号,我们得知宇宙之浩大,人类自身之渺小,则更要不断发展自身文明科技水平。

人类科技的不断发展进步,其核心都是为了满足切身的生存利益,而现阶段号称人类科技天花板的航天科技,则更多的是为了探索神秘和未知。

那些诞生于未知和神秘的可能性,也不断促使着航天科技的升级进阶。如果人类注定会消失,那么走出太阳系,也许就不再是一个仅存在于设想中的航天梦,则是一种必然生存选择。

神秘的宇宙想象图

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