“旅行者”:將四大行星“一網(wǎng)打盡”

□ 袁東

“旅行者”:將四大行星“一網(wǎng)打盡”

□ 袁東

▲ 旅行者1號(hào)發(fā)射升空

在40年的漫漫征途中，“旅行者1號(hào)”和“旅行者2號(hào)”探測了木星、土星、海王星、天王星，可謂將這些行星“一網(wǎng)打盡”。

▲ 這是“旅行者1”號(hào)在1120萬千米外回頭拍攝的照片，這是第一張完整顯示地月系統(tǒng)的照片

對(duì)幾大行星的探測

1.木星

1979年2月25日，“旅行者1號(hào)”發(fā)回了大家期待已久的木星的大紅斑。它是一個(gè)在木星赤道以南22°存在了很久的巨大反氣旋風(fēng)暴，自1830年開始，已經(jīng)被持續(xù)觀測了187年，但這次我們看到的是高清！

第一位看見大紅斑的人一般被認(rèn)為是羅伯特·虎克，他在1664年描述木星上的這個(gè)斑點(diǎn)；然而，虎克所描述的斑點(diǎn)是在不同的區(qū)帶上（北赤道區(qū)，但目前的位置在南赤道帶）。較令人信服的是喬凡尼·卡西尼在次年描述的一個(gè)永久的斑點(diǎn)，卡西尼從1665年至1713年，持續(xù)觀測在可見光的波段的大紅斑，不過沒有“旅行者”，這些紅斑一直看的模模糊糊。

▲ 木星的大紅斑

2.土星

土星環(huán)是太陽系行星的行星環(huán)中最突出與明顯的一個(gè)， 雖然環(huán)的反射能夠增加土星的視星等（亮度），但從地球僅憑肉眼還是看不見的；在1610年，當(dāng)望遠(yuǎn)鏡第一次指向天空之際，伽利略成為觀察土星環(huán)的第一個(gè)人，但他還未能清楚的看出環(huán)的本質(zhì)；在1655年，惠更斯成為第一個(gè)描述環(huán)是環(huán)繞土星的盤狀物的天文學(xué)家。但土星迷離的光環(huán)，而只有兩艘旅行者號(hào)探測器才發(fā)現(xiàn)環(huán)實(shí)際上是由數(shù)以萬計(jì)稀薄的小環(huán)和空隙構(gòu)成，環(huán)中的顆粒主要成分都是水冰，還有一些塵埃和其它的化學(xué)物質(zhì)，軌道成叢集的繞著土星運(yùn)轉(zhuǎn)。

▲ 土星環(huán)

▲ 土星迷離的光環(huán)，實(shí)際上是由數(shù)以萬計(jì)稀薄的小環(huán)和空隙構(gòu)成的復(fù)雜結(jié)構(gòu)體

▲ “旅行者2號(hào)”所拍攝的土衛(wèi)二：土星的月亮。由于它比較靠近明亮得多的土星及其光環(huán)，從地球上很難觀測到這顆衛(wèi)星，直到旅行者號(hào)計(jì)劃實(shí)施后，對(duì)土衛(wèi)二的觀測才得到顯著改善，參與旅行者計(jì)劃的科學(xué)家認(rèn)為E環(huán)是由土衛(wèi)二地表所噴射出的顆粒組成的。

3.天王星

天王星是太陽系內(nèi)大氣層最冷的行星，最低溫度只有-224℃。其外部的大氣層具有復(fù)雜的云層結(jié)構(gòu)，水在最低的云層內(nèi)，而甲烷組成最高處的云層。天王星的內(nèi)部則是由冰和巖石所構(gòu)成。

▲ 1986年1月17日旅行者2號(hào)拍攝的天王星

4.海王星

海王星是太陽系直徑上第四大行星，體積是地球的17倍，質(zhì)量約是地球的14倍，但它的亮度僅為7.85等，只有在天文望遠(yuǎn)鏡里才能看到它那熒熒的淡藍(lán)色光，所以西方人用羅馬神話中的海神來稱呼它。在1989年“旅行者2號(hào)”飛越期間，拍攝到海王星巨大的暗斑，但后來用哈勃空間望遠(yuǎn)鏡觀察海王星時(shí)卻發(fā)現(xiàn)暗斑已經(jīng)消失。海王星的天氣特征是風(fēng)大，其風(fēng)速達(dá)到超音速直至大約每小時(shí)2100 千米，暗斑據(jù)推測是一個(gè)歐亞大陸大小的颶風(fēng)系統(tǒng)，源于其內(nèi)部熱流的推動(dòng)。

▲ “旅行者2號(hào)”拍攝的海衛(wèi)一

“旅行者2號(hào)”特地對(duì)海衛(wèi)一進(jìn)行深度觀測，海衛(wèi)一的表面溫度甚至低于冥王星的表面溫度（-229℃）。海衛(wèi)一地質(zhì)活動(dòng)活躍，其表面非常年輕，很少有撞擊坑。“旅行者2號(hào)”觀測到了多個(gè)冰火山或正在噴發(fā)著液氮、灰塵或甲烷混合物的噴泉，這些噴泉可以達(dá)到8千米的高度。

▲ “旅行者”兄弟勇往直前

捕獲太陽系外行星新信息

“旅行者號(hào)”的探索, 獲得了大量有關(guān)太陽系的外行星新信息。這些巨大的行星都有自已的衛(wèi)星族,與太陽系一些較小的內(nèi)行星——水星、金星、地球、火星完全不同：

最大的外行星——木星,“旅行者號(hào)”仔細(xì)探測了它的衛(wèi)星、輻射帶，發(fā)現(xiàn)木星竟有前所未見的行星環(huán)。最令人驚訝的是在木衛(wèi)一上發(fā)現(xiàn)了火山活動(dòng)。這個(gè)發(fā)現(xiàn)是在地球上從未觀察到的，就連先驅(qū)者10號(hào)及11號(hào)也并未觀察到。

“旅行者號(hào)”在對(duì)木星和土星的磁層測量方面取得了顯著的進(jìn)步，并提供了天王星和海王星的磁球的第一次測量，探測結(jié)果發(fā)現(xiàn)天王星居然存在磁場！“旅行者2號(hào)”的觀測顯示天王星的磁場是奇特的，一則是它不在行星的幾何中心，再者它的磁場軸相對(duì)于自轉(zhuǎn)軸傾斜59°，另外還發(fā)現(xiàn)了天王星十顆新衛(wèi)星。

這些行星的衛(wèi)星,還有奇特的地質(zhì)現(xiàn)象，比如木衛(wèi)一火山活動(dòng)，木衛(wèi)一，也稱為“艾奧”，直徑為3642千米，是太陽系第四大衛(wèi)星。艾奧有400座的活火山，是太陽系中地質(zhì)活動(dòng)最活躍的天體。

“旅行者”發(fā)回的信息讓科學(xué)家們研究了許多年,它的意義在于給我們提供了大量太陽系新知識(shí)，以及產(chǎn)生的進(jìn)一步探索的興趣，引發(fā)了后續(xù)“伽利略號(hào)”對(duì)木星、“卡西尼號(hào)”對(duì)土星的探測任務(wù)。只有通過這些探索，我們對(duì)太陽系才會(huì)有更清楚地了解，比如最近有人提出最適宜人類移居的可能是土衛(wèi)六……

“旅行者1號(hào)”1980年飛越土星之后，隨即關(guān)閉了照相機(jī)節(jié)省電能。但在1990年2月14日，在它飛近太陽系邊緣的時(shí)候，重啟了照相機(jī)并回頭給太陽系拍攝了一張全家福，包括太陽、金星、地球、木星、土星和天王星。這是“旅行者1號(hào)”拍攝的最后一張照片，也是太陽系各行星唯一一張全家福。

兵分兩路 勇往直前

“旅行者1號(hào)”在1979年經(jīng)過木星系統(tǒng)，1980年經(jīng)過土星系統(tǒng)，是第一個(gè)提供了木星、土星以及其衛(wèi)星詳細(xì)照片的探測器，尤其值得一提的是它探測到土星環(huán)的復(fù)雜結(jié)構(gòu)，并且對(duì)土衛(wèi)六上的大氣層進(jìn)行了觀測，由于發(fā)現(xiàn)了土衛(wèi)六擁有濃密的大氣層，美國宇航局的控制人員最終決定了讓“旅行者1號(hào)”駛近土衛(wèi)六以進(jìn)行研究，并隨之終止了它繼續(xù)探訪其余兩顆行星，結(jié)果造訪天王星和海王星的任務(wù)只得交予“旅行者2號(hào)”。

這次靠近土衛(wèi)六的決定使“旅行者1號(hào)”受到了額外的引力影響，最終使飛行器離開了黃道，終止了它的探索行星任務(wù)。在1980年11月20日完成了主要任務(wù)之后，美國宇航局安排“旅行者1號(hào)”在離開土星后進(jìn)行星際探索任務(wù)，使用飛船上的等離子探測儀驗(yàn)證日球?qū)禹數(shù)拇嬖凇Ｌ煳膶W(xué)家在2010年12月13日證實(shí)“旅行者1號(hào)”通過太陽風(fēng)的盡頭，2013年9月12日，美國宇航局官方證實(shí)“旅行者1號(hào)”已經(jīng)飛出了太陽系，正式成為離地球最遠(yuǎn)的人造飛行器，也是第一個(gè)進(jìn)入星際空間的人造物體。

不過“旅行者號(hào)”有沒有飛出太陽系也存在爭議，關(guān)鍵要看怎么定義太陽系的彊域了。確切的說法是，“旅行者1號(hào)”已經(jīng)飛出了太陽風(fēng)的勢(shì)力范圍，進(jìn)入了星際介質(zhì)，但仍然留在太陽引力的勢(shì)力范圍之內(nèi)，還要停留至少好幾萬年……

截至2017年6月為止，“旅行者1號(hào)”距離太陽約為139天文單位，離地球約208億千米，收到“旅行者1號(hào)”的無線電信號(hào)需要等待17小時(shí)。“旅行者1號(hào)”并沒有朝向任何特定的星座前進(jìn)，但是在約4萬年后它會(huì)以1.6光年的距離經(jīng)過蛇夫座的AC+79 3888恒星。

“旅行者2號(hào)”的飛行軌跡雖然較慢，但成為了第一艘造訪木星、土星、天王星和海王星的航天器，完成了借這個(gè)176年一遇的行星幾何排陣而造訪四顆行星的機(jī)會(huì)。在“旅行者2號(hào)”的探訪行星任務(wù)完成之后，將和他“哥哥”一樣，繼續(xù)前行。★