基本介紹
- 中文名：先驅者號探測器
- 時間：1958年10月到1978年8月
- 探測器：共13個
- 距離：3400公里
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先驅者10號
先驅者10、11號最為引人注目，它們是人類派往外行星訪問的第一批使者。先驅者10號於1972年3月2日先踏上征途，經過1年零9個月的長途跋涉後，穿過危險的小行星帶，闖過木星周圍的強輻射區，與1973年12月3日與木星相會。它飛臨木星時，沿木星赤道平面從木星右側繞過，在距木星13萬公里的地方穿過木星雲層，拍攝了第一張木星照片，並進行了十多項實驗和測量，向地球發回第一批木星資料，為揭開木星的奧秘立下頭功。在木星巨大的引力加速下，直向太陽系邊疆飛去。於1989年5月24日飛越過冥王星軌道， 帶著給外星人的“禮品” —— “地球名片”，向銀河系漫遊而去，它是迄今為止人類發射的空間考察器中飛行時間最長和距離地球最遙遠的星際探測器。
發射
“先驅者10號”太空探測器於1972年發射,是人類向太陽系以外送去的第一個人造物體｡在成功發射之後,“先驅者10號”以每小時5萬公里的速度飛行,用不到一天的時間接近月球,用11個星期接近火星,用不到兩年的時間接近木星｡
功臣
“先驅者10”號曾經是人類發射的空間考察器中飛行時間最長和距離地球最遙遠的星際探測器。
負責監控這一宇宙探測器的美國宇航局艾姆斯研究中心的科學家最近介紹說，“先驅者10”號現在相距地球96.6億千米，以飛行時速接近4.8萬千米的速度飛離太陽系。它發出的無線電信號飛行九個小時才能到達地面，它攜帶的11台微型熱核發電機目前僅有1台在工作，傳回地面的信號已極其微弱，地面上巨大的射電望遠鏡在來自宇宙各種嘈雜的聲音中勉勉強強地可分辨出探測器發回的信號。考慮到巨大的花費和發回的科學數據越來越少，艾姆斯研究中心決定於3月31日中斷與“先驅者10”號的一切聯繫。
2003年2月26日,美國宇航局發言人宣布,美國的航天科學家們已經無法再收到“先驅者10號”太空探測器發回的信號,並將放棄所有的努力｡這標誌著這個31年前發射升空飛離太陽系的飛船最終告別了人類,同時也是繼哥倫比亞空中解體失事之後又一次重大損失｡
這個探測器曾首次發回詳細的木星和土星照片,並且在太陽系邊緣的有利位置發回了重要的太陽風和宇宙輻射測量數據｡
“先驅者10號”現在距離地球120億公里左右的地方,美國宇航局的科學家已經有一個月沒有得到它的信號了｡科學家們說,由於能量幾乎耗盡,因此“先驅者10號”的能量已經不足以允許它再發回任何信號,科學家已經不再指望和它取得任何聯繫,至此它的使命徹底完成｡
“先驅者10號”現在將在寂靜中繼續進行著它的漫長太空旅程,可能前往金牛座｡如果一切順利,它將在大約200萬年後抵達那裡｡如果其他的智慧生命截獲這個來自地球的使者,他們將會得到“先驅者”10號”攜帶的一張金牌——上面描繪了人類的外貌特徵,並且標出了地球和太陽系在宇宙群星中的準確位置｡
評價
事實上,“先驅者10號”遠遠超出了科學家最初對它的期望,科學家本期望它能完成21個月的太空探測任務,而它竟然為科學家服務了30年｡
NASA太陽系開發部主任科林·哈特曼教授道:“‘先驅者10號’是人類歷史上最具有歷史意義和科學意義的太空探測飛船,當它穿過火星上空進入更遠的太空後,它就進入了人類從來沒有探索過的地方了——如今我們只能祝願它一帆風順｡”
先驅者11號
發射
探測器在1973年4月6日，位於佛羅里達州的卡納維拉爾角發射。
探測木星
探測器於1974年12月4日最接近木星，離木星最高雲層34,000公里以內。 借著木星的強大引力，探測器改變軌道朝向土星。
探測土星
探測器於1979年9月1日最接近土星，離土星最高雲層21,000公里以內。
（當時旅行者1號及旅行者2號已經過木星，同時已經朝向土星進發）先驅者11號被設定會飛過土星的光環，其軌道將會與即將到達的旅行者一樣，用以測試旅行者探測器的軌道。因為先驅者11號可以測試該區域，是否尚有暗淡光環會損毀探測器。所以先驅者11號正如其名一樣，是一名“先驅者”。要是真的探測到有危險存在的話，旅行者探測器將會更改軌道以離開那些光環，但將會失去拜訪天王星及海王星的機會。
其實探測器甫在發射後就使用備用的發射天線。探測器在1985年二月因電池提供的電力開始下降，而開始需要與其他儀器共用電力。最終，基於放射性同位素熱電產生器所提供的能源不足以再進行任何實驗後，探測器的運作及遙測數據於1995年9月30日終止傳送。在終止運作之前，探測器當時正處於離開太陽約44.7天文單位的距離，與太陽赤道面形成17.4度的傾斜角，並正以每年2.5天文單位（每秒12公里）的速度飛行。
結構
全長2.9米，設有一條直徑2.74米的高增益天線，在其之前再裝上一條中增益天線。 至於另外一條全方位低增益天線則裝設於高增益天線接收器之下。探測器以兩塊放射性同位素熱電產生器（RTG）作為能源，在拜訪木星時仍能產生144瓦特，但到達土星時只能產生100瓦特的功率。
設備
探測器上還設有三個感應器：恆星（老人星）感應器及兩個太陽感應器，藉以根據相對於地球及太陽的位置，及以老人星的位置作後備，用以計算探測器的位置。先驅者11號的恆星感應器及起點設定，是按先驅者10號的經驗而被重新修改的。探測器上的三對火箭推進器，負責控制轉軸（4.8rpm）及為探制器提供動力。三對火箭推進器都可以按指令持續燃點，或暫停燃點亦可。
不明引力阻止
據美國太空網報導，美國宇航局分別於1972年和1973年發射了先驅者10號和先驅者11號探測器，現在他們距離地球已有數十億英里遠。在這兩顆探測器遠離太陽系時，科學家發現有一股奇怪的力量在將這兩艘太空船往回拽。
不明力量使先驅者號運行速度減慢
這種無法解釋的力量被稱為“先驅者號異常”，似乎一直在影響美國宇航局發射的先驅者10號和先驅者11號飛船的運行。在飛船遠離太陽系的時候這種神奇的力量使得它們的運行速度減慢。這種力量是否源於探測器自身？它是否來自一些暗物質？還是一些物理學或萬有引力新規律在起作用？像這些的問題科學家仍舊不能給出答案。
然而對先驅者10號和先驅者11號跨度長達數十年的空間數據重新處理分析並對一些遙感數據認真研究後，科學家或許能夠找到上述問題的答案。經過國際研究小組對這些新數據進行大約一年的分析，這種神奇力量的來源也許真的會水落石出。
先驅者10號和先驅者11號宇宙探測器分別於1972年和1973年發射，現在距離地球已有數十億英里遠。在2月6日，先驅者10號距離太陽已經有大約92.12天文單位，並開始向金牛星座進發。1天文單位與太陽和地球的距離相等，大約有9300萬英里(1億5000萬公里)。
在探測器離地球越來越遠時，研究人員首先注意到了這個異常現象，因為他們觀察到來自探測器的微波振幅出現了跳躍變化。在每個探測器的都卜勒頻波中研究人員都發現了未曾料到的振幅變化，而這種飛船的都卜勒頻波一向都比較穩定，它最終可能在漫無邊際的太空旅行中擺脫地面人員的監控。
都卜勒效應就是波長增加或減少這樣的變化，例如在救護車從靠近到從你身邊疾馳而過再到遠離你而去這個過程中它所發出聲音的音調和聲波就一直在發生變化。約翰·安德森這位已退休的美宇航局噴氣式推進實驗室的研究人員首先發現了先驅者號異常現象，他說：“我們有一種都卜勒效應的模擬模型，這個模型可以對所有的外空間天體做實時監測，只有模型不工作時這種監測才會消失，我們讓這種模型能夠對天體監測，所要做的就是讓探測器飛向太陽時給它一個穩定的加速度。”
運行軌道背離“萬有引力”算出的軌道
先驅者號異常現象的模型結果不同於一般天體觀察現象的是：先驅者10號和先驅者11號每個探測器和太陽的距離都要比按照傳統萬有引力定律計算出來的距離要小，兩個距離大約相差24萬英里(40萬公里)。牛頓認為萬有引力隨著物體之間距離的增加而縮小，而先驅者號探測器在加速衝出太陽系時則達到了每小時大約30,000英里(48280公里)的速度。
斯拉瓦·圖里謝夫是美國宇航局噴氣推進實驗室的天文物理學家，他最近14年來幾乎把所有的時間都用在了研究先驅者號異常現象上。圖里謝夫說：“先驅者號探測飛船可以說對牛頓物理定律做了最大規模的檢驗，這也是人類一直想要做的，然而實驗卻失敗了。如果我們將來能夠的確在傳統物理學規律中找到可以解釋先驅者號異常現象發生的原因，那么這將在物理學上具有重大的意義。”
圖里謝夫努力在先驅者異常現象的起因認定方面保持客觀態度，他表示，找到造成這種現象發生的物理學原因不僅可以證實牛頓定律的正確性，而且還可以使航天工程人員在設計未來飛船中把先驅者號異常現象考慮在內從而讓飛船更加穩定的飛行。
研究人員想要確定先驅者號探測器的電路或者兩個原子能發電機是否放射出了紅外線光子，然後這些光子又是否迅速的打到了太空飛行器像碟子那樣的天線上進而引起了反衝作用，圖里謝夫認為這個過程就像陽光打到太陽能帆板上一樣。蓋里·金賽拉是美國宇航局噴氣推進實驗室的飛船熱能工程和飛船設計的總監，他稱對先驅者10號宇宙飛船包括原子能發電機在內的各種熱源放射熱量的分析和模擬後，研究人員發現探測器自身原因造成先驅者異常現象發生的可能性在55%至75%之間。
遙感數據有望揭開先驅者號飛行異常之謎
在研究人員對先驅者號異常現象進行初步分析後，他們把目標轉向了先驅者10號探測器長達11.5年的空間觀測遙感數據上，儘管先驅者11號只有大約4年的服役壽命。在由星際協會贊助發起的詳細研究過後，圖里謝夫和他的研究小組不僅得到了先驅者10號大約30年的遙感數據和先驅者11號20年的數據集，還整理獲得了先驅者10和先驅者11號飛船完整詳盡的遙感數據。
這些數據中的很多被存儲在了400盒磁帶中，它們完好的保存在宇航局噴氣推進實驗室中。總的說來，所收集的先驅者10號和先驅者11號宇宙飛船的數據有將近800億位元組，大約相當於數字高清有線電視半小時內播放的電視節目占用的數據位元組。把有9磁軌的磁帶數據轉換成現代的數據存儲形式並把一些人工添加的數據和其他壞掉的數據篩除掉對於先驅者號異常現象的研究人員來說非常耗時。但是圖里謝夫對此卻非常自信，一旦這些數據處理任務完成，那么先驅者號異常現象背後的秘密就可以發現。
先驅者號的意義
木星內部密度分布可從它的引力場的情況反映出來，而根據對“先驅者”10號和11號運行軌道的分析可以得知木星引力場的狀況。科學家根據“先驅者號”的觀測資料還建立了木星的內部模型。同過去流行的觀念大相逕庭，這個模型表明木星沒有固體表面而是一個流體行星，但它既同行星磁場和行星引力場的現有知識相符，也同高溫高壓下實驗室研究的氫性質外推結果一致。這個模型認為木星的主要成分是氫和氦，其比例類似太陽大氣。而在木星中心則有一個主要由鐵和矽構成的固體核,那裡的溫度可達30,000K。這個核心稱木星核。核的外面是以氫為主要元素組成的厚層，稱為木星幔。它又可分為兩層。第一層中估計壓力為 300萬個大氣壓，溫度為11,000K，氫處於液態金屬氫狀態,其中分子離解為獨立的原子，形成導電的流體。這一層從核向外延伸到46,000公里處。第二層延伸到70,000公里處，被認為是由液態分子氫構成。大氣在這層之上再延伸1,000公里，直到雲頂。
木星具有比地球更大更強的磁場和輻射帶，在“先驅者號”探測器進行探測前，我們唯一的情報是來自被輻射帶俘獲的帶電粒子所發出的無線電波。當然，地面觀測得到的知識是相當有限的。只有在“先驅者號”直接測量木星磁場與高能粒子後，才使木星磁層的圖景明晰起來。木星磁層可分三個區域。內區（離木星20個木星半徑以內）是偶極場，具有和地球輻射帶很相似的強輻射帶。中介區（從20個木星半逕到60個木星半徑）的磁力線被離心力以及可能從木星大氣層頂部出來的電漿流所歪曲。整個內區和中介區都按木星大約10小時的自轉周期轉動。外區（從60個木星半逕到90個木星半徑）的磁場已相當弱，到磁層邊界處趨於零。空間探測表明，除掉很靠近木星表面的部分以外，木星磁場是偶極場，但是場的方向正好與地磁場相反。這就是說，地球上指北的羅盤搬到木星上將指向南方。木星磁軸與自轉軸之間的交角大約是10度8。在離開木星表面2～3個木星半徑處，場強是0.16高斯。根據“先驅者”11號的探測指出,在離木星3個木星半徑以內的磁場是四極的和八極的,而場強為3～11高斯。這種複雜的場結構可能是由木星內部的複雜環流引起的。
美國媒體近日透露，美國宇航局分別於1972年和1973年發射了“先驅者10”號和“先驅者11”號探測器，現在兩個探測器距離地球已有上百億公里遠。就在這兩個探測器即將飛出太陽系時，科學家發現有一股奇怪的力量在將探測器往回拽，這種無法解釋的神秘力量目前被稱為“先驅者號異常”。
據悉，在探測器遠離太陽系的時候，這股神奇的力量就會使它們的運行速度減慢。這種力量是來自一些暗物質還是由於一些物理學或萬有引力新規律在起作用，這些問題科學家目前仍舊不能給出答案。
在探測器離地球越來越遠時，研究人員注意到了這個異常現象，另外他們觀察到來自探測器的微波振幅出現了跳躍變化。在兩個探測器的都卜勒頻波中，研究人員都發現了沒有預料到的振幅變化，而探測器的都卜勒頻波一向比較穩定，雖然它最終可能在無邊無際的太空中擺脫地面人員的監控。
然而對“先驅者10”號和“先驅者11”號長達數十年的空間數據進行重新處理分析並認真研究一些遙感數據後，科學家或許能夠找到上述問題的答案。據悉，在美國宇航局國際研究小組對這些數據進行大約一年的分析後，神奇力量的來源也許會水落石出。
約翰·安德森是位退休的美國宇航局噴氣推進實驗室研究人員，他首先發現了探測器遭遇的異常現象。他說：“我們有一種都卜勒效應的模擬模型，這個模型可以對天體做實時監測，只有模型不工作時這種監測才會停止。利用這種模型對天體進行研究，我們需要做的就是利用探測器發回來的數據，並在探測器飛出太陽系時給它一個穩定的加速度。”
斯拉瓦·圖里謝夫是美國宇航局的天文物理學家，他最近14年來幾乎把所有時間都用在了研究兩個探測器遭遇到的異常現象上。圖里謝夫說：“探測器的飛行過程可以說是個對牛頓物理定律不斷進行檢驗的過程，這也是人類一直想要做的。如果我們將來能夠在傳統物理學規律中找到可以解釋這些異常現象的方法，那么這將在物理學上具有重大的意義。”
另外，他說這可以使航天工程人員以後在設計飛船時把探測器遭遇的異常現象考慮在內，從而讓未來飛船的性能更加穩定。
