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旅行者2号

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旅行者2号
Voyager.jpg
旅行者航天器
所属组织美国宇航局
任务类型掠过
掠过对象木星土星天王星海王星
发射时间1977年8月20日
发射手段泰坦三E-半人马座运载火箭
COSPAR ID1977-076A
SATCAT no.10271在维基数据编辑
官方网站美国宇航局旅行者号网站
质量721.9公斤
功耗420瓦特

旅行者2号(英语:Voyager 2)是一艘于1977年8月20日发射的美国宇航局无人星际航天器,截至2020年依然正常运作,是有史以来运作时间最久的空间探测器。截至2019年8月28日止,旅行者2号正处于离太阳121.6 AU(1.82×1010 km)的位置。它与其姊妹船旅行者1号基本上设计相同。不同的是旅行者2号循一个较慢的飞行轨迹,使它能够保持在黄道(即太阳系众行星的轨道水平面)之中,借此在1981年的时候透过土星引力加速飞往天王星海王星。正因如此,它并没有像它的姊妹旅行者1号一样能够如此靠近土卫六。但它因此而成为了第一艘造访天王星海王星的航天器,完成了藉这个176年一遇的行星几何排阵而造访四颗气态巨行星的机会。[1]

旅行者2号被认为是从地球发射的航天器中最多产的一艘航天器,皆因在美国宇航局对其后的伽利略号卡西尼-惠更斯号等的计划上收紧花费之下,它仍能以强大的摄影机及大量的科学仪器造访四颗气态巨行星木星土星天王星海王星)及其卫星

任务概要

旅行者2号最初计划属于水手计划里的水手12号航天器。它在1977年8月20日于佛罗里达州卡纳维拉尔角,被搭载在一枚泰坦3号E半人马座火箭上发射升空。由于地面的工作人员忘记传送一个重要的启动代码到旅行者2号,使航天器关闭了船上的高增益天线英语Directional antenna。幸好地面的工作人员最终成功与船上的低增益天线英语Directional antenna取得联络,并重新启动船上的高增益天线。

发射和轨道

拜访木星

旅行者2号在1979年7月9日最接近木星,[3]在距离木星云顶570,000公里(350,000英里)处掠过。这次拜访多发现了几个环绕木星,并拍摄了一些木卫一的照片,显示木卫一上有火山活动。

木星太阳系里最大的行星,主要由组成,及小量的甲烷水蒸气和其他合成物。而中央则是一个由硅酸盐岩石和铁组成的核。木星上颜色多姿多彩的云层,显示了木星大气层里变幻莫测的天气。而木星亦拥有暂时为止最多的天然卫星共67个。木星的公转周期是11.8年,自转周期则是9小时55分钟。

虽然天文学家透过望远镜研究了这个行星好几个世纪,但旅行者2号的发现仍然为科学家们带来惊讶。例如木星大气层上著名的大红斑风暴被发现了是一个以逆时针方向转动的复杂风暴系统,同时亦发现了一些细小的风暴和旋涡。

木卫一:上发现了活火山是另一样震惊科学家们的发现。这是因为科学家们首次在太阳系的其他星体里发现了仍然活跃的火山活动。旅行者2号这次总共观测了木卫一上九座火山的爆发,亦证实了在两艘旅行者航天器的造访期发生的其他火山爆发。火山爆发造成的烟雾被喷射至离开木卫一表面300公里(190英里)以上的高空。而从火山爆发喷射出的物质速度更高达每秒一公里。木卫一上的火山爆发能量可能来自其与木星木卫二木卫三之间的潮汐力。由于这三颗卫星被锁定于拉普拉斯共鸣轨道上,即木卫一公转两次、木卫二就会公转一次;而当木卫二公转两次,木卫三又会公转一次。虽然木卫一总是以一面对着木星,但木卫二和木卫三让其产生轻微的摇摆。这种摇摆力量作用大得使木卫一弯曲达100米(330英尺),对比地球上却只有1米(3英尺)而已。木卫一上的火山活动亦影响了整个木星系统,它的影响力遍及木星的磁圈硫酸 显然地随木卫一上的火山喷出,并卫星的表面亦受到高能量的粒子影响而被喷溅。这些喷溅甚至到达了木卫一的磁圈边界,离开其表面数百万英里之远。

木卫二:从旅行者1号的低分辨率照片中可以看到了其表面出现了踪横交错的纹理。最初,科学家们相信那些纹理是源自地壳移动或地壳构造活动而成的裂纹。但其后从旅行者2号提供的高分辨率照片却让科学家们感到懊恼,皆因那些特征却又欠缺了地形学上的轮廓。正如其中一位科学家形容说:“那些特征就像是一枝粗头墨水笔画上去一样”。造成如此的纹路,有可能是因为木卫二亦同样受到了潮汐力影响,使其内部出现了如木卫一百分之十或以下的摩擦力及热力。一般认为木卫二有一薄的冰造的地壳(少于30公里或18英里),下藏一个深约50公里(30英里)的海洋。

木卫三:是太阳系里最大的天然卫星,其直径达5,276公里(3,280英里)。这趟旅程证实了木卫三上有两种明显的地形:多坑及多深构。科学家们认为木卫三的冰地壳正受到地壳构造活动等的张力影响。

木卫四:地壳上残留的古老陨石坑则显示了很多被陨石撞击过的痕迹。最大的陨石坑显然地因地壳上的冰层移动而随时间被填去,因为在满布撞击痕迹的盆地上几乎没有任何显然而见的地形特征残留。这是撞击痕迹之所以被确认是因为剩下了较浅的颜色及留下了减退了的环形山。

木星被发现拥有一个暗淡而粉状的环。环的外边距离木星中心129,000公里(80,000英里),而内里的边界则距离木星中心30,000公里(18,000英里)。 同时,这趟旅程亦发现了木卫十五木卫十六两颗细小的卫星,刚好在木星环的外围运行。而第三颗新发现卫星木卫十四则夹在木卫五和木卫一中间的轨道运行。

木星的环和其卫星都出现在其密集而满布电子和离子辐射带的磁场之中。这些粒子和磁场组成了木星的磁圈,向太阳方向伸延3至7百万公里,并伸延到至少到达土星的轨道,即7.5亿公里(4.6亿英里)之外。由于磁圈会跟随木星转动,磁圈会扫过木卫一并同时每秒钟剥去一公吨的物质。这些物质会形成一个在紫外光下才看见的环形离子云,这团离子云会向外移动,使木星的磁圈比正常的大出两倍。一些精力旺盛的硫酸和氧离子会堕进了这个磁场继而进入了木星的大气层之中,形成了极光

当木卫一横过木星的磁场时,它就活像一个发电机,发展出400,000伏特的电压横跨其直径并同时制造出约3百万安培的电流,由磁场流到木星的电离层

旅行者2号最终造访了木星好几天后离开,并对木星拍摄了很多照片。

拜访土星

旅行者2号在1981年8月25日最接近土星[4]当航天器处于土星后方时(相对地球而言),它以雷达对土星的大气层上部进行探测,并量度了气温及密度等资料。旅行者2号发现高层位置(气压相当于7百帕时)的气温为70 K(−203 °C),而在低层位置(气压相当于120百帕)则量度出143K(−130 °C)。北极会多冷10K,但仍会出现季节性变化。

掠过土星后,船上的拍摄平台有点卡住了,使前往天王星海王星的任务产生变数。幸好,地面的工作人员最终把问题解决,那是因为过度使用而令润滑油暂时耗尽。最终航天器仍是接到继续前进的指令,前往天王星

拜访天王星

旅行者2号在1986年1月24日最接近天王星,并旋即发现了10个之前未知的天然卫星。另外航天器亦探测了天王星由其自转轴倾斜97.77°缘故而独特的大气层,并观察了他的行星环系统。在这首次的掠过之中,最接近天王星时只距离天王星的云层顶部81,500公里(50,600英里)而已。

天王星是太阳系里第三大的行星,它于距离太阳约28亿公里(17亿英里)的距离围绕太阳公转。其公转周期是84年,自转周期则是17小时14分钟。天王星的自转独特在于它实际上是倾倒在其轨道滚动,一般认为这个不寻常的位置是由于在太阳系的形成早期曾与一颗行星大小的星体碰撞过的缘故。由于它的奇怪定位,使它的两极会分别接受长达42年的白昼或晚上,所以科学家们都不知道会在天王星上发现到些什么。

旅行者2号发现了其中一样因天王星的倾斜位置而对其倾斜了60度的磁场的影响,就是其磁尾因天王星的转动而被扭曲成为了一个螺旋形,出现在天王星的后方。不过其实在它到访之前,人们对天王星拥有磁场并不知情。

天王星的辐射带被发现如土星的一样密集。辐射带里辐射的密集程度,会令光线把任何困在卫星或环里冰面上的甲烷迅速地(在100,000年以内)变暗。这样解释了为什么为什么天王星的卫星及环大部分都以灰色为主。

在日光直射的一极检测到一些高层次的雾,发现这些雾帮助散播大量的紫外光,这个现象称之为“日辉”。其平均温度是60K(-350 °F)。令人惊讶的是,即使是被照射的一极和黑暗的一极,在整颗行星上的云顶气温几乎一致。

在五颗最大的天然卫星中运行轨迹最靠近天王星天卫五,展示出它是太阳系中最奇怪的星体之一。当旅行者2号飞过时,从拍摄回来的详细照片中看到其表面上有一些深达20公里(12英里)的峡谷、隆起的断层和新旧年龄混合的地表。有理论指天卫五可能是把早期一些猛烈撞击后破裂的物质重新组合而成。

航天器同时亦观测了九个已知的天王星环,显示出天王星环木星环土星环截然不同。整个星环系统相对地较新,并非与天王星形成时一起形成。星环里的组成粒子有可能是一颗因高速撞击或被潮汐力撕碎的卫星碎片而形成。

拜访海王星

旅行者2号在1989年8月25日最接近海王星[5][6]由于这是旅行者2号最后一颗能够造访的行星,所以决定将它的航道调校至靠近海卫一一点,不再理会飞行轨迹,就像旅行者1号完成造访土星后不理飞行轨迹靠近土卫六一点进行研究一样。

航天器发现了海王星的大黑斑,后来在哈勃空间望远镜于1994年再次观测时却消失了。最初被认为是一片大的云,但后来却被认为是云层上一个空洞。

经过旅行者2号造访海王星后,冥王星是当时唯一一个仍然未被任何从地球飞来的航天器造访过的行星。但后来在国际天文学会重新定义行星后,冥王星被降级为一颗矮行星。因此,旅行者2号在1989年飞掠过海王星后,使太阳系中所有行星都至少被人造航天器探访过一次。

离开太阳系后的星际使命

由于旅行者2号的探访行星任务已经完结,旅行者1号被美国宇航局形容为进行星际探索任务,用以查找在太阳圈外的太阳系究竟是怎样的。一般相信旅行者1号已经2004年12月飞越了终端激波区域,现时正身处在日鞘之中。每一艘旅行者航天器均携带着一片旅行者金唱片,以备当航天器被外太空智慧生物捕获时可与他们沟通。唱片中载有地球上的映像及各种生物、一些科学资料和一首组曲“地球之声”。曲中收录了诸如鲸鱼、婴儿哭声、海浪拍打声及不同种类的音乐。

2012年2月8日的飞船仿真视图,仿真视图显示了“旅行者2号”自发射以来的轨迹。
yellow spot surrounded by three concentric light-blue ellipses labeled from inside to out: Saturn, Uranus and Neptune. A grey ellipse labeled Pluto overlaps Neptune's ellipse. Four colored lines trails outwards from the central spot: a short red line labeledVoyager 2 traces to the right and up; a green and longer line labeled Pioneer 11 traces to the right; a purple line labeled Voyager 1 traces to the bottom right corner; and a dark blue line labeled Pioneer 10traces left
地图显示“先驱者10号”,“先驱者11号”,“旅行者1号”和“旅行者2号”飞船位置和轨迹,时间为2007年4月4日。

在2006年9月5日,旅行者2号正处于距离太阳80.5个天文单位(大约相当于12垓米)左右,深入于黄道离散天体之中,并正以每年3.3天文单位的速度前进。在这个距离是太阳冥王星之间的距离两倍,并比塞德娜近日点较远,但仍未超越阋神星的轨道最远处。

旅行者二号于2007年八月跨越终端激波并进入日鞘[7]

旅行者2号将会继续传送讯号直至2020年代为止。

年份 因电力有限而停止操作的功能
1998 停止扫描平台及紫外线观测
2007 停止磁带录音机运作(由于在2002年6月30日,等离子波子系统(PWS)上的高波形接收器失败故障而不再需要)
2008 停止行星无线电天文实验(PRA)
2015 停止陀螺仪运作
大约2020 开始仪器间共享电力
大约2025或之后 无法启动任何单一仪器

现况

旅行者2号目前正以每秒160位元的速度传送科学数据。低耗能的带电粒子仪器目前正处于运转状态并且正传送带电粒子数据回地球,这些数据让我们能研究日鞘终端激波。和旅行者2号交换的遥测数据资料公布在旅行者任务每周报告页面存档备份,存于互联网档案馆)。旅行者2号目前位置的资料可在天堂之上页面存档备份,存于互联网档案馆)找到。目前twitter上有旅行者2号以光速行进时间表示对地球距离的现况记录。

2006年11月30日,向旅行者2号发射的测距仪指令受到船上电脑错误的解码—在无预警的错误下—也就是一个开启磁力计电热器的指令。这个电热器持续的开启直到了2006年12月4日,在那段时间里导致了130°C(266 °F)的高温,超过了磁力计设计上的忍受范围,而且一个感应器旋转出了正确方位。尽管目前正在作出努力,这不可能完全的诊断并更正旅行者2号磁力计的损坏。

2007年3月27日止,旅行者2号正位于距离太阳82.30个天文单位,每年以3.28个天文单位(约每秒15.56公里)的速度远离太阳系。有关旅行者2号的无线电追踪资料,可以参阅旅行者每星期报告。[8]

2011年2月22日,旅行者2号距离太阳94.619个天文单位,位于赤经19.879,赤纬−53.88°,从地球上看来是朝向望远镜座的方向。

2010年4月22日,旅行者2号遭遇到科学数据格式的问题并且于5月7日由美联社报导出来。

2010年5月17日,喷射实验室的工程师透露出航天器上的电脑产生乱码而导致了这个事件,并且计划在5月19日重设电脑位元。

2010年5月23日,旅行者2号在工程师修复乱码之后恢复传送科学数据。一些储存于内存的研究资料由于乱码的问题而受到限制或无法使用。

2018年12月10日,美国宇航局确认,旅行者2号已于2018年11月5日离开太阳系,成为第二个进入星际空间的人造物体。[9]

2020年10月30日,位于澳洲堪培拉深太空通讯设施Canberra Deep Space Communication Complex)里面的DSS-43碟形天线历经8个月停机进行升级大修工程后,恢复发送指令给旅行者2号,并且于34小时48分钟后收到回应。[10]

参考文献

  1. ^ Planetary Voyage页面存档备份,存于互联网档案馆) 美国宇航局喷气推进实验室 - 加州理工学院。2004年3月23日。于2007年4月8日造访。
  2. ^ Basics of space flight: Interplanetary Trajectories. [2013-09-15]. (原始内容存档于2015-08-17). 
  3. ^ "Voyager 2, July 9, 1979". [2013-09-15]. (原始内容存档于2021-03-12). 
  4. ^ Nasa. [2013-09-15]. (原始内容存档于2021-03-18). 
  5. ^ Voyager – Fact Sheet. [August 28, 2009]. (原始内容存档于2016-11-29). Following Voyager 2's closest approach to Neptune on August 25, 1989 
  6. ^ Nardo 2002,第15页
  7. ^ Voyager Fast Facts
  8. ^ 旅行者任务运作状况报告#2007-02-23页面存档备份,存于互联网档案馆)于2007年4月8日造访。
  9. ^ NASA's Voyager 2 Probe Enters Interstellar Space. NASA/JPL. [2018-12-11]. (原始内容存档于2018-12-14). 
  10. ^ NASA Finally Makes Contact With Voyager 2 After Longest Radio Silence in 30 Years . sciencealert. 2020-11-05 [2020-11-09]. (原始内容存档于2021-03-12) (英语). 

外部链接

参见