旅行者飞船40周年纪念:人类文明永恒的丰碑

[ 录入者:zhangms | 时间:2017-08-31 10:39:01 | 作者:晨风 | 来源:新浪科技 | 浏览:610次 ]

  这里是美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的“旅行者”飞船任务控制室。这一点你可以从这里的电脑监视器下面放着的一块手写板上的字得到证实,那上面写着:“旅行者任务关键硬件。不!要!触!碰!”

新浪科技讯 北京时间8月30日消息,据英国广播公司(BBC)网站报道,在美国加州帕萨迪纳市郊区的一座不起眼的米黄色建筑的一楼,有一间更加不起眼的小小办公室。但就在这间办公室里,正创造着历史。实际上,这里每天都在创造着历史。

这里是美国宇航局喷气推进实验室(JPL)的“旅行者”飞船任务控制室。这一点你可以从这里的电脑监视器下面放着的一块手写板上的字得到证实,那上面写着:“旅行者任务关键硬件。不!要!触!碰!”

粗看上去,难以想象这里就是人类历史上一次最伟大,最大胆,最雄心勃勃的探测计划的控制中心。

在过去40多年间,两艘旅行者飞船先后对木星、土星、天王星和海王星进行了考察,并传回了关于这些奇异世界的大量图像和数据,让我们首次目睹冰雪覆盖的寒冷卫星,有些表面被浮冰覆盖,有些甚至还有火山正在喷发,遍地硫磺。这次探测任务改变了我们对于地球乃至我们自身的认识,在它的上面还搭载了一块金唱片,它将承担起把人类文明的存在事实传递到宇宙深处的重任。

令人印象深刻的是,两艘旅行者飞船到目前为止都还在继续工作。旅行者-1号飞船每传回一个信号,那都是从人类目前为止抵达的最遥远边疆传回的信号。

在2012年,科学家们认为旅行者-1号已经离开了太阳风的影响范围,目前距离地球已经超过200亿公里,而沿着另一条不同路径飞行的旅行者-2号飞船距离地球目前也已经超过170亿公里,科学家们认为在未来几年内,它也将冲出太阳风的影响范围,从而“离开太阳系,进入恒星际空间”。或许这样设想会更加容易一些:以光速传播的无线电信号,从旅行者-1号飞船往返地球一次需要大约38个小时。而无线电信号从旅行者-2号往返也需要超过30个小时的时间。

两艘旅行者飞船使用上世纪70年代的技术,实现了对太阳系最遥远的四颗行星的科学探测

这两艘遥远飞船发出的信号将被美国宇航局的“深空网”(DSN)天线接收。这是三台布置在世界不同地点的巨型天线,专门用于接收遥远宇宙中飞船发出的微弱信号。每隔一段时间,地面工作人员就会尝试与两艘旅行者飞船进行通讯联络,下载数据并发送指令。

目前旅行者飞船的信号传输器功率大约是12瓦,当高功率模式时大约是20瓦,大概就和冰箱里的灯功率差不多。

想象一下,有时候我们在城市远一些的郊外都会发现手机不怎么有信号,但是美国宇航局的深空网系统需要接受一个远在200亿公里之外,由一台40年前建造的,功率和冰箱里的小灯差不多的老化发射器发出的信号。这真的非常令人惊叹,要知道这是使用1970年代的技术制造的。

原本只打算干4年,结果一干就干了45年旅行者项目经理的加州理工学院科学家爱德华·斯通(Ed Stone)说:“我们人类永远都是探险家。这只是人类利用机器人开展的最新探索行动之一。旅行者-1号现在正在触摸恒星际空间的物质。”

斯通是航天界的传奇人物,现在已经80多岁高龄。他从1972年起就领导旅行者飞船项目的执行。他说:“旅行者项目几乎就是我所做全部工作的基础。这一项目大大开拓了我们对于外部世界的眼界,不管我们望向哪里,自然界都要比我们设想的更加丰富多彩。”

另一名不得不提到的,旅行者计划中的传奇人物是已故著名科学家卡尔·萨根(Carl Sagan)。萨根领导了为旅行者飞船安装上金质唱片的计划。到1970年代中期,当时在康奈尔大学任职的萨根早已经是享誉世界的著名天文学家之一。他还深度参与了美国首个着陆到火星表面的探测器——海盗一号的工作。与此同时萨根出版了大量深受欢迎的大众科学书籍以及电视节目,受到全球性的关注与赞誉。

通过金质唱片的工作,萨根成功地将旅行者计划这一原本纯粹的科学项目转变成为了一个文化与艺术性项目。这张金质唱片设计可以在太空中保存10亿年,其中收录了大量有关地球的图片,声音和音乐,它将在茫茫宇宙中漂浮,等待外星智慧文明将其截获,并获知地球文明的存在。

目前旅行者飞船的信号传输器功率大约是12瓦,当高功率模式时大约是20瓦,大概就和冰箱里的灯功率差不多

作为旅行者金质唱片的主要设计者之一的艺术家乔·朗伯格(Jon Lomberg)说:“我们想要讲述关于一点点关于地球的小故事,关于那上面居住的生命,尤其是那些创造了这张金唱片的那些生命。”他说:“基本原则是,这张唱片并非代表美国宇航局或者美国,而是代表地球,它传递的是整个地球的信息,而不是发送它的某个国家或者机构。”

但萨根和朗伯格遇到了一个问题:美国宇航局只给他们6个星期的时间从无到有设计这样一张唱片。朗伯格说:“只有6个星期,6个星期之后我们就必须拿出成品交给他们,这真是荒唐透顶!”

在所有收录的音乐中,大约有1/3来自西方作曲家,包括巴赫、贝多芬和莫扎特。但这张唱片还必须天才地反映整个世界的音乐文化,因此其中还收录了从阿塞拜疆的风笛曲到一位扎伊尔女孩的清唱——或者这是世界上第一版全球各地音乐的合集。

在美国,尽管艾灵顿公爵、查克·贝里以及美国原住民的音乐都得以收录,但是就在旅行者-2号升空之前不久去世的“猫王”普莱斯利的音乐作品却未能被收录。

加利福尼亚州立大学洛杉矶分校教授史蒂芬妮·尼尔森(Stephanie Nelson)表示:“如果你看一看他们选出的美国音乐,你会发现非常棒。其中大部分是黑人音乐,这很有趣。”

但整个金唱片项目中,音乐还算是争议最小的一部分了。旅行者飞船的前辈——1970年代初发射的先驱者10号和11号飞船上携带了由卡尔·萨根设计的铭牌。上面镌刻有落体的男性与女性形象,于是旅行者项目组也希望将这样一张落体男性与女性形象的图像收录到旅行者金唱片中。

朗博格说:“我认为这是人性本质不可或缺的一部分。”当时他花费数天时间拼命搜寻合适的裸体图像,所谓合适就是看上去不可以有色情的感觉,但由不能像是医学教学图。最后他找到一张怀孕女性的图像。他说:“我们觉得那张照片不错,挺合适的。但美国宇航局把照片都退回来了,说那不可能。每次我和观众们提起这件事,人群里总会爆发出嘲笑声。”

旅行者飞船必须在1977年发射,以便赶上合适的行星位置时刻

旅行者-2号飞船于1977年8月20日从美国佛罗里达州卡纳维拉尔角航天发射中心发射升空,而它的姊妹飞船——旅行者-1号则在9月5日发射升空。1977年发射并非随意,而是精心安排。

斯通指出:“只有这时候发射,我们的飞船才能先后连续飞过四颗行星。我们可以先让第一艘飞船去考察木星和土星,然后安排第二艘飞船飞往天王星和海王星。”

除了对飞船发射安排的影响,这些行星的位置还影响到喷气推进实验室员工的生育率。琳达·斯派克(Linda Spilker)当年就是从旅行者项目开始了自己的工作生涯,现在她领导着美国宇航局极为成功的“卡西尼”土星探测器计划。她说:“我告诉我的女儿们,她们的出生时间和行星的位置是对应的。这是非常有计划的,在JPL,你会发现在旅行者飞船从土星飞到天王星之间那间隔的五年间,有很多旅行者宝宝出生了。”(译者注:旅行者2号飞船1981年8月抵达土星,1986年1月抵达天王星,在此期间有5年时间的工作空档期)

在1979年,旅行者飞船发射后18个月,两艘旅行者飞船开始了它们对木星的考察,以前所未有的精度揭示木星大气与云系结构的细节。其发回的图像分辨率令人惊叹。

英国伦敦帝国学院的加里·亨特(Garry Hunt)当年担任旅行者项目成像组负责人,他也是该项目当年唯一一位担任高级职位的英国科学家。他说:“每一次做一次观测,一切都是新鲜的。历史从此改变了。”

其中一些最重要的科学发现来自那些小卫星,旅行者的近距离考察发现它们的情况要比原先设想的复杂精妙的多。斯通说:“在旅行者飞船之前,地球是唯一一个已知存在活火山活动的星球。但当我们飞过木卫一的时候,我们发现这颗大小和月球相当的木星卫星,它上面的火山活跃程度至少是地球的10倍。”

旅行者飞船的发现将原本地球中心的很多观点击打地粉碎。斯通说:“在旅行者飞船之前,我们认为地球是太阳系内唯一存在液态水海洋的星球,然后我们看到了木卫二,那里有开裂的冰面,下方是巨大的全球性液态水海洋。”

这可不是一艘飞船,而是一颗卫星:土卫一。它的外观很像《星球大战》里的“死星”

当年的图像档案现在已经被尘封在英国伦敦玛丽女王学院的一间小房间里,无人问津。随着所有图像完成数字化,那些最初的纸质照片越来越少人关注了。但是当年旅行者飞船所拍摄的一些照片,直到今天都让人惊叹。

比如有一张土卫一的照片,是旅行者-1号在1980年拍摄的,看上去真的非常像《星球大战》里面的“死星”。

但这还远非土星所带来的全部惊喜。除了发现新的土星光环以及新的未知卫星之外,旅行者飞船还对土星最大的卫星土卫六上浓密的氮气大气层和甲烷雨现象进行了近距离勘察。它还发回了土卫二的清晰图像,这是一个小小的冰雪覆盖的世界,大小大约和英国相当,它可能是太阳系里表面反照率最高的星球了。这两颗卫星此后都由卡西尼-惠更斯探测器项目进行更加详尽的考察,现在它们都已经被列入搜寻地球外生命现象的可能候选目的地之一。

美国行星学会的高级编辑艾米丽·拉克达瓦拉女士(Emily Luckdawalla)说:“每一颗卫星都与众不同。旅行者飞船让我们知道我们应该派出什么样的飞船去考察那些卫星。”

在1980年11月,旅行者-1号离开了土星,开始了它离开太阳系的漫漫征途。9个月之后,旅行者-2号飞船开始调整航向,飞往太阳系最外侧的两颗行星。1986年,它抵达天王星,传回人类关于这颗遥远行星的首张近距离图像,证实了天王星的光环系统,并发现了10颗新的卫星。

当旅行者-2号抵达海王星时,时间已经到了1989年8月份,这里有一颗卫星再次吸引了科学家们的目光。斯通说:“当我们飞越海王星最大的卫星海卫一时,我们看到了氮喷发形成的喷泉。时不时的,我们常常会在太阳系中的别处看到原以为只有在地球上才有的现象。”

旅行者项目的成功为后续的多个探测任务奠定了基础,其中就包括飞往土星的卡西尼-惠更斯探测器项目,飞往木星的伽利略和朱诺项目。目前还尚未有新的飞往天王星以及海王星的项目,因此旅行者-2号在30多年前传回的那片遥远区域的图像直到现在都仍然是我们唯一的资料。

纵观整个人类历史,很少有探索任务像旅行者计划那样产生如此重大的科学影响。但我们也要对这个项目在技术上留下的宝贵遗产心存感激。

斯通说:“旅行者飞船是人类历史上第一艘电脑控制的飞船。直到现在它还在自动飞行,自动控制,自我检查,还可以自动切换到备份系统。”

事实上,我们每天的生活中都在使用着来自旅行者飞船的技术。斯通说:“由于来自旅行者飞船的信号实在微弱,我们不得不开发出编码技术,后来出现的手机和CD播放器都是基于这项技术。”类似的,旅行者计划时期开发的图像处理技术已经被整合进了你的智能手机,丰富你的日常生活。

但或许旅行者项目中最激动人心的时刻是在1990年的2月14日。这一天,旅行者-1号飞船调转镜头,对准它出发的方向,拍摄了太阳系的全家福。在它拍摄的图像中,地球只不过是一颗几乎看不到的暗淡蓝点,它让我们深刻感受到我们在宇宙中真实的地位。

拉克达瓦拉女士指出:“地球显得那么微小,漂浮在太空之中,而那里是我们所知全部生命的居留之所。当你观看旅行者飞船拍摄的这张阳光下的照片,你几乎会感到惶恐不安。有时候你会觉得那是一道激光,而地球被固定在那里,只要那么一次灾难事件,我们所知的宇宙中唯一的生命居所,我们所知的全部生命就将全部消失。这是一张珍贵的图像,帮助我们理解我们的世界在宇宙当中是多么脆弱而渺小。”

在2012年,旅行者-1号飞船穿越日球层顶,进入了恒星际空间。斯通说:“太阳的磁场和太阳风在宇宙中形成了一个巨大的空洞(日球层)。这是一个保护罩,让我们免受外部宇宙射线的轰击,我们现在正在了解这个结构是如何与外部的恒星际物质发生相互作用的。”

旅行者-1号目前正在继续收集日球层外侧空间的信息,而预计在未来数年内,旅行者-2号也将突破日球层顶,进入太阳系之外的那茫茫星海。由于这两艘飞船是从不同角度不同路径离开太阳系的,它们采集的数据将帮助科学家们计算日球层的真实形状。

但时间正在耗尽。两艘飞船采用了钚元素衰变产生电力的方式为搭载的设备供电,每一年,电池的功率都会下降大约4瓦特。

旅行者项目经理苏兹·多德(Suzy Dodd)说:“我们的目标是让这两艘飞船能够尽可能维持更长时间。你可以将它们想象成一对姐妹,在过去的40年里,其中的一个丧失了听力,另一个视力已经不那么好了,所以我们必须加倍小心。”

她说:“我们目前已经关闭了飞船上的冗余系统。我们只打开能够采集数据的设备,我们也关闭了相机,因为那里很暗,什么都看不到,那里非常非常暗。”

当然,一部分的电力必须被用来维持加热器的运作,以确保飞船的设备不会被冻坏。

未来的某一天,或许在未来的10年内,多德很清楚的知道旅行者-1号和2号将会彻底失去电力而关机。她说:“我想那对于美国宇航局,以及整个人类而言都将会是一个悲伤的日子——就像我们失去了家里的一位老奶奶或者年长的亲人,她曾经度过了丰富而充实的一生。有一天当我们准备例行接收旅行者飞船的信号,那一头却是一片沉默。”

但从另一个角度看,旅行者项目却将是永恒的。或许将远远超过人类文明存在的期限。她说:“我希望在未来的某一天,某些人会再次找到它,播放它搭载的金唱片并得知在宇宙中曾经存在过一个叫做地球的古老文明。在金唱片被外星文明发现时,我们的地球或许早已灰飞烟灭。”

斯通说:“那时候,仍然在茫茫宇宙中飞行的旅行者飞船就将成为我们在银河系中的使者。它们将围绕银河系中心飞行数十亿年之久。”不过,对于旅行者飞船搭载的金唱片能否被外星文明捕获,斯通并不像多德那样乐观。他说:“如果真是那样,那可真是一件不得了的事情,要知道宇宙是非常空旷的。”

但或许这些都不再重要了。两艘小小的飞船将成为从地球出发的两颗时间胶囊,凝固着地球上1977年的那个世界,永远地朝着无尽的未来飞去。因为有这两艘小小的飞船,人类文明将会永恒。(晨风)

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