分类:知识大全时间:2023-04-28 09:35作者:未知编辑:猜谜语
旅行者1号的速度是变化着的,但基本上是在第三宇宙速度以上。
第三宇宙速度是16.7千米/秒,是从地球起飞的航天器飞行速度达到这个速度时,无需后续加速就可以挣脱太阳引力的束缚,脱离太阳系进入更广袤的宇宙空间。
旅行者号离开地球轨道时,以地球轨道速度(约30km/s)的日心速度(约6km/s)加上运载火箭半人马座提供的加速度(约6km/s)进入太阳轨道。它沿着一条围绕太阳的弯曲路径行进,不断向外移动,爬出太阳的引力井。
但来自太阳的引力不断地使旅行者1号减速。当它的轨道与木星轨道相交时,旅行者1号已经减少了22公里/秒的速度,只以14公里/秒的速度行驶。好在到木星轨道附近时,这个速度已经可以让它继承前行了。
在1979年飞掠木星时,借助木星的强盛引力作用,旅行者1号的速度大幅提升,它的日心速度一度达到37公里/秒。由于距离太阳越远,受到的太阳引力作用越弱,所以逃逸速度也就越小。木星距离太阳约5.2天文单位,此处的太阳系逃逸速度只有18公里/秒。因此,经过木星引力加速之后,旅行者1号的速度已经超过太阳系逃逸速度,这意味着它只依赖惯性无需动力就能飞离太阳系。当然,它的速度仍在逐渐下降。在1980年飞掠土星时,旅行者1号又一次加速,上升到大约34千米/秒。
此后,旅行者1号再也没有近距离飞掠大型天体,它的速度在太阳引力的作用下逐渐减慢。但不管怎样,旅行者1号的速度始终大于它所在位置的太阳系逃逸速度,太阳的引力已经无法束缚住它,它将会飞向星际空间。
旅行者1号在2011年3月9日时,距离太阳大约116.406个天文单位,旅行者1号相对速度是17.062公里/秒或61452公里/每小时。每年约3.599天文单位。
虽然旅行者1号的速度在太阳引力下仍会降低,但在这样遥远的距离上,太阳引力已经微乎其微了,其速度降低得非常有限。旅行者1号在这样的方位和速度下将会花上7万3千6百年的时间经过半人马座比邻星。
下图中紫色曲线,就是旅行者1号的飞行轨迹。
旅行者1号飞行轨迹
旅行者1号会永远飞下去,但它飞不了多远,因为它的速度比宇宙慢。旅行者1号目前的速度约为每秒17公里,1年(儒略年,365.25天)能飞5.36亿公里多点。太阳的引力影响半径约为1光年,即太阳系半径约为1光年。光年是衡量宇宙星际空间的距离单元,光年是光在真空中运行儒略年的距离。光速每秒真空直线传输299792458米,约30万公里,光年距离约9.46万亿公里。以旅行者1号目前的速度,飞出太阳系需要1.7万多年。
行者1号设定的方向是飞经离我们太阳系最近的恒星比邻星。这颗恒星离我们很远4.22光年。从现在开始,旅行者1号飞到那里需要7.4万多年。在此之前,它将在4万年后经过蛇夫座的一颗恒星,编号为AC 79 388。这颗恒星正在向我们靠近,所以4万年后它将成为离我们最近的恒星,离地球只有1.6光年。之后旅行者1号就会一往无前的向银河系中央飞去。银河系中央银河系中央的距离2.6万光年,旅行者1号飞到那里需要4.6亿年。
假如旅行者1号有幸不被银河系中央的黑洞吞噬,就需要17亿多年才能飞出银河系10万光年半径。孤独最无奈的是永远漂流,这是最大的概率。它远离家乡和人类,早已不知道人类的音信。几亿年后,它依然孤独地在黑暗的深空中翱翔,地球早已沧桑,人类还安好吗?它不知道。也许它会成为人类存在并留在这个世界上的证据。它会用唱片和铀块告诉遇见它的朋友。
当然,这是木星探测器“朱诺号”由于旅行者号码,照片拼接而成“卡片机”它根本无法展示木卫一火山的漂亮,所以它借用了朱诺探测器的数据!木卫一火山不是由其自身的活动引起的,而是受木星强盛的潮汐引力的影响。木卫一近木点和远木点的挤压使木卫一的地质活动极其活跃。旅行者1号拍摄的土星看起来有些色彩还原度不足的照片是古老的“数码”由于赫兹对电磁波的研究,马可尼、特斯拉和波波夫对无线电通信的发明,相机的杰作可以从遥远的土星轨道将照片传输到地球上。
为什么这样说呢?这是因为旅行者1号一直在与太阳引力相抗衡,它于1977年发射后在太空中飞行了40多年了,每时每刻都在与太阳引力对抗,因为他是太阳系里的飞行物,就必须受太阳引力约束。
根据爱因斯坦广义相对论,引力是具有质量的物体对周边时空的扰动,大质量天体的这种扰动表现为时空漩涡或者时空陷阱,逃脱时空陷阱的唯一办法就是速度,这种速度就是逃逸速度。因此旅行者1号要逃脱太阳引力陷阱,就必须达到超过逃逸速度的速度。
太阳表面的逃逸速度为每秒617.7公里,也就是假如旅行者1号假如从太阳表面发射,需要达到每秒617.7公里的速度才能够逃脱太阳引力。但在地球轨道这个距离发射,借助地球公转速度每秒约30公里,只要再加16.7公里,就能够逃出太阳引力。假如距离太阳更远,太阳引力影响就更小,这个逃逸速度就更小了。
旅行者1号发射时并没有这么高的速度,是在经过木星和土星时利用其引力弹功效应得到的加速度,才达到飞出太阳系的逃逸速度的。现在旅行者1号距离太阳217亿公里远了,飞行速度为每秒17公里,在那个位置这样的速度是足以逃脱太阳引力的。
现在旅行者1号的已经没有任何重力,已经完全依赖惯性飞行,因此在太阳引力拉扯下,会慢下来这是趋势。但在这么远的距离,太阳对旅行者1号的引力已经很小了,对其速度影响也就很小了。
根据NASA宣布的旅行者1号飞行数据,2011年为每秒17.068公里。8年过去了,旅行者1号经历了三次太阳风顶层“海啸波”、“激波”考验,现在的速度为每秒17公里,衰减了0.068公里每秒。随着旅行者的继承远行,太阳的引力就会越来越小,最终在其他天体引力的干扰下,太阳引力就徐徐忽略不计了。
太空中处于高度真空状态,几乎没有什么阻力,现在的旅行者1号早就飞出了太阳风的影响范围,根据传回的数据所接受到的太阳风粒子越来越少,接受到的星际粒子越来越多,说明进入了星际空间。虽然还受到太阳引力牵扯,但现在的速度远远高于太阳系的逃逸速度,因此飞出太阳系已成定局,再也没有任何力量能够阻扰它走向深空。
但旅行者1号的旅途还很漫长,太阳系的引力影响范围在半径1光年以上,凭现在的速度,飞出太阳系还要17000多年,到达距离太阳最近的恒星比邻星系统需要7万多年。
时空通讯有理由相信,我们的子孙后代将发明速度快出旅行者1号很多很多的飞行器,超越旅行者1号,先期飞出太阳系,探索遥远的星空。
这是篇不一样的文章,旅行者1号有可能在2亿年内重回地球附近。 1977年9月5日,旅行者1号从佛罗里达卡纳维拉尔角发射基地发射升空。 其主要任务是探测木星,土星,及其卫星。后来,旅行者1号的使命远远超出了其最初任务,成为人类至今飞出最远,飞得最快的空间探测器。 到现在,旅行者1号已在太空中飞行了43年,它先后考察过土星,木星,及其卫星等天体,且在土卫二上发现水。向地球传送了大量的有关深空和行星高价值资料。 现已旅行者1号已飞到220亿公里的近太阳系边缘,它还在以6万多公里/小时的速度向深空飞去。 20年多前,旅行者1号在60亿公里外的太空回望地球,且拍摄了地球的照片,这张照片震撼地球上每个人的心:浩瀚太空中,地球就像远处微微发光的一粒细沙,眨眼即失,你要很仔细,才能看到。 旅行者1号上面的信: 在旅行者1上带有一个镀金铜质唱片,那上面除了记录有关地太阳系位置,地球自然环境和人文资料外,还有一封致宇宙深处文明的信: “...我们居住的星球上共生存着40亿人,我们是个单一而又综合的文明世界……。 在未来的10亿年里这封信将完好无损地保存其上面的资料,那时(10亿年后)我们的文明将会发生深远的改变,地球也将发生巨大变化。我们坚信,在银河系2千亿颗恒星周围,一定会有高度文明存在。 假如高度文明的你们截获了“旅行者1号”,希望你们能了解这张唱片上的内容,了解来自我们世界的:声音,科学,音乐以及我们的 情感 ,...。 我们正努力使我们的文明得以延续,也希望将来有一天我们能成为银河系文明中的一员。 这封信将带着我们的希望,决心,和友善穿越广袤而让人敬畏的宇宙,到达遥远的文明世界,......” 当时旅行者1号上带这个唱片的初衷是:10亿年,100亿年后,或许人类文明早已消失了。在浩瀚的宇宙深空,假如仍有文明存在,希望他们能发现旅行者1号和这张唱片,理解上面的内容:在遥远的太阳系里有一颗蓝色的小星球。在这个星球上,人类曾经来过,也曾经有过高度的文明......。那么,这封信能否到在10亿年后被外文明所发现呢。 要了解这个,我们有必要简朴熟悉一下银河系,因为银河系有约3000亿颗恒星,应有数千亿颗岩石行星,这中间很可能有高度文明世界存在。 银河系是个漩涡星系,直径10万光年,呈椭圆盘形,由4条旋臂组成,其中大概有3000亿颗行星。 太阳系位于银河系的猎户座旋臂上面, 猎户座旋臂是银河系中较小的一个旋臂,太阳系距离银河系中央大概2.5-2.7万光年。 太阳系绕银河系旋转,大约每2.3亿年旋转一周。 比邻星是银河系中和太阳系距离最近的恒星,距离太阳系为4.2光年。 我们现在看到的并不是真正的银河系相貌,而是棒旋星系NGC1300,它同样是螺旋星系类。由于它和银河系的结构有相似,所以一般用它来替代银河系平面外形。旅行者1号现在的位置(请参看下面的附图): 旅行者一号现在已经到达太阳系的边缘,但未穿越奥尔特星云。 旅行者一号将用大约30000年时间飞越奥尔特星云,真正飞出太阳系。 然后直接向距太阳系4.2光年的比邻星飞去。由于比邻星相对于太阳系更靠近银河系中央。 由此判定,旅行者1号在飞向比邻星的同时,也在向银河系更加靠近(只是靠近,它的飞行方向远不是沿径向指向银河系中央)。 旅行者2号则向相反方向银河系的边缘飞去。 预计旅行者2号将在30万年以后到达天狼星边缘。其实,旅行1号是没有机会飞出银河系的。 因为:第一 他目前的方向是飞向比邻星,而比邻星相对太阳系,是稍稍靠近银河系中央的,因此,旅行者1号实际上是在向偏银河系中央方向飞近。 第二 物体要飞出银河系需要的第四宇宙速度是550公里/秒。 目前旅行者一号的飞行速度大概是237公里/秒(太阳系速度220公里/秒+旅行者1号速度17公里/秒=237公里/秒),此处先假设二者速度是平行的,其实二者速度偏角较小,因为旅行者1号现在是向比邻星飞行,而比邻星虽然相对太阳系更靠近银河系中央,但是其与太阳系沿太阳系绕银轨道切线方向的距离,要远大于其比太阳系在银心径向上的距离,所以,旅行者1号现在的飞行方向是以微小角偏离太阳系的绕银速度方向(偏向银心)。 而237公里/秒是远远小于550公里/秒的银河系逃逸速度。 而且,旅行者1号一般是没有机会被加速到550公里/秒,因此,旅行1号是永远飞不出银河系。 旅行者1号飞行方向有以下几种情况: 1.在向银心靠近时,被其它恒星加速,最后以抛物线绕银心飞一定弧度后,飞出银河系,即。变成银河系的“慧星”。 2.慢慢向银河系中央靠近,最后落入银河系中央的黑洞。 3..绕银飞行,成为银河系的“行星”。 先看第一种情况 1. 成为银河系的”慧星”. 1.1.假如旅行者1号进入抛物线轨道(银心为其焦点)。它沿抛物线外形的轨道绕个银河系中央,飞过银心,再飞离银河系(就像太阳系里的慧星一样)。 假如这样,按开普勒第二定律:银心和飞船连线在相等时间内扫过的面积应该相等,由于远离银心时,飞船和银心连线要长很多,所以,飞船远离银心时速度比其近银心时小很多,而抛物线飞行轨道预示:飞船是要飞出银河系的,也就是说,飞船在远离银心位置的速度应该大于550公里/小时的第四宇宙速度。 由此倒推出:旅行者1号在近银心处,飞行速度将远超550公里/秒(注:到近银心由于强盛引力和此时飞船的超高飞行速度,此时应用广义相对论方法来计算其速度。这里暂时忽略其差别,按经典力学原理来讨论(因为很多数据现在是没有的)。 1.2.假如飞船能达到550公里/秒, 也就是要将旅行者1号的速度从238公里/秒再增加550-237=313公里/秒。由于没有自带动力(有也不可能加速那么多),飞船只能通过数次被大型天体以“弹弓原理”方式加速到550公里/秒,以飞船的结构,显然是不可承受如此高强度的加速。 我们知道,旅行者1号在太阳系内经过2次加速才达到17公里/秒(1.地球起飞火箭加速,2.后面在太阳系内借行星引力加速一次)。要在此基础上再增加312公里/秒的机会几乎是零,就算有,飞船也会在加速过程中被撕得粉碎。 1.3. 要让空间飞行器借助银河系内大型星体以“弹弓加速”方式加速,其需要的条件很苛刻,旅行者1号能否碰到合适(加速后其增加量,速度方向都利于飞船形成抛物线轨道)的二次加速机会呢,应该较渺茫。 所以,旅行者1号成为银河系的“慧星”可能性很小。2.慢慢向银心靠近,最后落入银河系中央的黑洞。 旅行者1号会不会落到银河系中央,被黑洞撕成粒子。 会,且不管飞船以后怎么飞,它最后都会落入银心的黑洞。 但是从目前的飞行方向看,直接就飞向银心的可能性很小。 因为:飞船速度大小同太阳系速绕银度相差不大。 其离银河系中央的距离和太阳系到银河系中央距离相差不大,其速度以很小角度偏离太阳系速度方向,太阳系能平稳的绕银心飞行,同样旅行者1号在不长的时间里(当然,都是以数万年记的)也会成为一颗绕银河系中央的“行星”。 3..绕银飞行,成为银河系的“行星”(请参看下面附图)。 从上面2的分析,可以得出:旅行者1号在不长的时间里会成为一颗绕银河系中央的“行星”。3.1. 现重点分析其绕银飞行会出现什么状况(看文同时,请参看附图说明)。 从前面分析得知:我们的太阳系绕银河系的速度比现在的旅行者1号的速度要慢17公里/秒。 太阳系绕银河系一周需要2.3亿年。以现在的旅行者1号的速度,在太阳系的原来轨道上,旅行者1号完成一周所需要的时间要小于2.3亿年。 在小于太阳系绕银轨道上飞行,其周期更加小于2.3亿年, 3.2. 按旅行者1号现在的飞行速度和方向(虽然无法知道其相对银心的正确飞行方向,但从其向比邻星飞行的方向判定,现在的旅行者1号飞行方向和太阳系有较小角度差别,向偏银河系中央方向飞行。以这个方向和现在的速度,旅行者1号,可能会较快进入绕银心轨道(不要误会,这里的较快也是几万年到几十万年的时间))。 一待旅行者1号开始进入绕银河系轨道,他的绕银周期肯定要比太阳系绕银周期短,因为它的绕银心半径比太阳绕银心的半径稍小些,速度比太阳系快。 3.3. 现在我们来分析10亿年后,旅行者1号会去哪里。 从上面分析知道,旅行者1号飞过比邻星后会继承向偏银河系中央方向飞行,它终究会在某一个点达到银心对它的引力和旅行者1号的离心力的平衡,正式进入环银河系中央飞行。 目前太阳系环绕银河系的飞行速度是每秒220公里。旅行者1号相对太阳的飞行速度是17公里/秒,它相对银河系的飞行速度是237公里/秒(飞行方向为相同,忽略其很小的速度方向差别)。 由于旅行者1号的速度是237公里/秒,虽大于太阳系的220公里/秒,但是差别很小,而太阳系是在这里位置和这个速度绕银心飞行的,证实,以和太阳接近的速度和方向飞行的旅行者1号也会在这个位置(太阳系绕银轨道半径)附近进入绕银心轨道。 而且,它的环银轨道和太阳系的轨道相距不远(这里的不远也会是几个太阳系的距离,不是生活中的的不远)。3.4. 由于旅行者1号本身的动量和动能相对于太阳系对等质量大小的物体的动量和动能要高(这里是相对比较。例如,在太阳系中央的某一个地方取一个和旅行者1号质量一样的物体,这个物体肯定是在绕银河系旋转。这个物体的总动量和总动能是小于旅行者1号的(因为旅行者1号速度相对要快17公里/秒))。 由于上面的原因,旅行者1号的绕银轨道比太阳系绕银河系的轨道要扁平。 理论上,在天体运动中,相同质量的物体,在相同的环形轨道上,绕同一恒星运行,则动量大的物体轨道更扁平(这里暂时忽略太阳系绕银轨道和飞船绕银轨道的微小差别,因为那点差别,相对于其绕银半径对比,完全可忽略)。 3.5. 现在的问题来了:旅行者1号绕银河系中央轨道比太阳系绕银轨道要扁,而且,它们二者的轨道很接近,共一个焦点(银河系中央)。这样,飞船绕银河中央的轨道不可避免的和太阳系绕银轨道相交,它们之间最少有2个交点。 当然,这里的轨道相交是在垂直银盘投影平面上的相交,不一定是真正的空间相交,很可能是:即便相交,其轨道在立体空间尺度上仍旧有以几十亿公里,百亿公里计的差距。 也不排除有非常近距离的相交,(飞船越早进入绕银轨道,和太阳近距离相遇的机会越大)。 3.6. 这样一来,旅行者1号就有机会在未来重回太阳系。 那么旅行者1号会在多久后可能重回太阳系呢。 其实,我们可以算出这个时间的:知道它们之间的速度差,知道它们的起点相对位置,知道它们的轨道半径,知道它们的轨道交点,银心质量是不变的,就能算出它们在什么时候相会。 详细算法不是本文讨论内容,有爱好的网友可查一下有关专业书籍算算。 3.7. 但是,按现在太阳系和飞船的相对位置算,它们在有可能在小于或接近半个绕银周期内相会(参照上面附图的说明)(注重,是其位置在银盘投影上的相遇),即:飞船和太阳系可能在未来1到2亿年左右有可能相遇。假如这次没有相遇,那它们可能等到几亿,或几十亿,或几百亿年之后才能相遇,详细时间,暂时没法算,因为现在飞船绕银轨道还不知道,但是,其轨道不会和太阳系轨道相距太多。 总之,它们假如在第一个半周期内不能相遇,范围放得更宽一些:它们在第一个绕银周期内(2.3亿年)不能相遇,后面相遇的时间会非常遥远。3.8. 旅行者1号有没有可能碰到外星文明。 由于,旅行者1号上面已无能量支持其向宇宙空间发送任何信号。在银河系内,天体间相互距离都是以光年计的,非常之大,那么小的飞船,不发出任何信号,被外星人发现的可能性几乎没有。 只有在1亿年或2亿年后,当它重回太阳系时(到时,它们之间的空间距离仍可能是几十亿,几百亿公里),可能被人类再次发现,或被认类再次取回来。 因为那时的人类有足够的知识和聪明,凭借当年的发射时间,和数据记录,正确预见飞船和太阳系相遇的时间和位置,进而定向探测和寻找,主动将其取回来。也许,那时,人类已生存在火星,或别的星球上。但是,那时候人类是有能力发现旅行者1号的,只要它再次飞近太阳系。
旅行者一号是人类迄今为止速度最快的飞行器,但并不是最快的人造物。谈及人类目前在航天科技的领域的探索,真是突飞猛进,一日千里。但是,我们迄今为止在宇宙中飞行了最远距离的探测器,仍旧是上个世纪的产物,这可能会让很多人意外。
这个飞行器,就是上世纪七十年代,美苏冷战时期,美国为了在太空军备竞赛中取胜,所预备的“杀手锏”:旅行者一号。他已经在宇宙中漂泊了四十多年,二零一八年六月份,旅行者一号正式穿越了“柯伊伯带”,突破了狭义上的太阳系。
旅行者一号的速度有多快?第一宇宙速度,每秒大概是十七公里每小时。但是,当初美国在发射这枚探测器的时候,太阳系出现了百年一见,极其罕见的“五星连珠”现象,让旅行者一号的速度暴涨了数倍。
当时,据NASA估计,旅行者一号的速度起码有五十公里每小时左右。以目前人类的科技来说,最高尖端的飞船,也达不到这样的速度;遑论燃料的限制,让这些飞船只能在宇宙中飞行三到四年。可以说,旅行者一号的发射,占据了“天时地利人和”。
所以,旅行者一号至今仍旧是人类所研制出来速度最快的飞行器。想象一下,一个五十年前的产物,在如今仍旧没人可以超越:怪不得在一些国外的阴谋论网站上,旅行者一号被他们说成是美国政府向外星交换而来的科技产物。
但是,旅行者一号还不是速度最快的人造物。没错,同样在上世纪,美国政府在阿拉莫斯国家实验室试爆的一枚核弹,无意间让一块“飞行物”的速度达到了十倍左右的第一宇宙速度。
这块“飞行物”,是原子弹爆炸时旁边的一块钢板。据监测,在当时的一段时间里,他被爆炸带来的强烈能量掀飞,速度在206马赫左右,远超旅行者一号。
旅行者1号相对速度是17.062公里/秒。
旅行者1号(英语:Voyager 1)是由美国宇航局研制的一艘无人外太阳系空间探测器。旅行者1号在1977年9月5日于佛罗里达州的卡纳维尔角,被搭载在一枚火箭上发射升空。
截至2018年1月2日止,旅行者1号正处于离太阳211亿公里的距离。旅行者1号相对速度是17.062公里/秒,或61,452公里/每小时(约38,185哩/每小时)。这样的速度大约是每年3.599个天文单位。在这样的方位和速度下,4万年后它会在1.6光年的距离经过蛇夫座的AC+79 3888恒星,7万3千6百年的时间经过半人马座比邻星。
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经过四十余载的太空飞行,旅行者1号和旅行者2号现在都已经飞到上百天文单位之外。目前,旅行者1号相对于太阳的飞行速度为17.0千米/秒(相对于地球的速度与地球的相对位置有关),旅行者2号的速度为15.3公里/秒。不过,两艘旅行者号的飞船正在逐渐降速,那么,这是什么原因导致的呢?
旅行者号减速的原因不难理解,这并不是太阳系边缘存在什么未知的神秘力量所致,而是因为太阳。由于太阳引力的作用,旅行者号的速度会变得越来越慢。
旅行者号的速度都已经超过了太阳系的逃逸速度,它们目前正沿着开放的双曲线轨道飞行,它们已经不需要动力仅靠惯性就能脱离太阳引力的控制,最终飞出太阳系。但挣脱太阳引力的束缚不代表不会受到太阳引力的作用,太阳始终会对旅行者号施加引力的作用。就算旅行者号最终飞出太阳系,太阳的引力作用也不会消失。引力是长程力,它们的传播速度是光速。
旅行者号的主发动机燃料早已耗尽,目前只有轨道修正推进器还有一点燃料,所以它们已经不能再进行大幅加速,而且早已超过太阳系逃逸速度的它们也无需这样做。由于太阳的引力会把旅行者号往回拉,所以受到阻力作用的旅行者号必然会出现减速的现象。只是不管怎样减速,都不会阻止旅行者号最终飞出太阳系。
引力不仅会起到阻力的作用,而且还能起到助推的作用。旅行者1号和2号在离开地球时都没有足够的速度来飞出太阳系,但后来它们在飞掠木星、土星(旅行者1号)、天王星和海王星(除了木星和土星,旅行者2号还飞掠了天王星和海王星)之时,借助引力弹弓效应,它们的速度最终被加速到超过太阳系的逃逸速度。
同样的道理,星际天体奥陌陌当年经过近日点之后逐渐远去,它的速度也会受到太阳的引力作用而逐渐减速。奥陌陌在今年的速度约为29.5千米/秒,距离太阳大约10天文单位。而在15年之后,奥陌陌将飞到距离太阳100天文单位的地方,那时它的速度将会降低至26.7千米/秒。
旅行者一号现在以每秒17千米的速度航行。在现实生活中,从地球轨道发射出去的航天器几乎没有产生推力的动力。宇宙飞船太小了,不能装大的推进剂罐。因此,为了确保航天器能够到达目的地,我们必须让发射航天器火箭的上层推动航天器以同样的速度前进,即使在重力不断消耗的情况下,航天器仍将继承向外移动,直到达到目标。
旅行者1号
旅行者1号已经来到了221.54亿公里外世界,成为了人类探索史上最远的一个人造物。尽管如此,旅行者1号还在以每秒17公里速度向外飞行,继承与美国宇航局深空网络保持通讯,因为它携带了一个直径为3.7米的高增益卡塞格伦天线,能将四种科学仪器数据回传地球。
先说一下旅行者1号的战绩:
它是人类首个飞出太阳系的人造飞行器
1977年9月5日发射,截止到2020年6月仍旧正常运作。
它曾到访过木星及土星,是提供了其卫星高解像清楚照片的第一艘航天器。它也是第一个提供了木星、土星以及其卫星具体照片的探测器。
它是距今离地球最远的人造卫星,截至2019年10月23日止,旅行者1号正处于离太阳211亿公里的距离。
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意外脱轨,成了流浪卫星
旅行者1号最初计划属于水手计划里的水手11号太空船,它的设计利用了属于当时的新技术引力加速。幸运的是,这次任务刚巧碰上了176年一遇的行星几何排列。太空船只需要少量燃料以作航道修正,其余时间可以借助各个行星的引力加速,以一艘太空船就能造访太阳系里的四颗气体行星:木星、土星、天王星及海王星。两艘姊妹船旅行者1号及2号就是为了这次机会而设计,它们的发射时间是被计算过以便尽量充分利用这次机会。亦拜这次机会所赐,两艘太空船只需要用上12年的时间就能造访四个行星,而非一般的30年时间。
旅行者1号主要的任务就是拍摄木星和土星以及它们的卫星。1980年11月,旅行者1号在发现土卫六拥有大气层后,就飞向土卫六,因此偏离了黄道,结束了3年的探索任务。
然后,旅行者一号朝银河系中央方向飞去。2011年3月9日,旅行者一号距离太阳大约116.4天文单位,相对于太阳的速度为每秒17公里,相称于每年约3.6天文单位。北京时间2014年9月13日凌晨2时,美国国家航空航天局在新闻发布会上称旅行者一号已经飞出太阳系,成为首个飞出太阳系的人造飞行器。
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卫星持久的动力
旅行者1号已经离开地球长达44年了,它至今还能正常运行。这艘无人探测器携带的核动力系统可以持续供电长达半个世纪,所以旅行者1号目前还能与地球上的深空网络保持联系。尽管旅行者1号的信号发射功率与普通家用LED灯相称,只有20瓦,并且传播到地球上后衰弱到10^-22瓦,但得益于旅行者1号的高增益天线和地面的深空网络,天地还能继承保持通信,只是信号传播回来或者发射出去需要将近20个小时。
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旅行者一号和二号,各自拥有的两块核电池,也将耗尽能源,预计在2020年关闭所有仪器只保留通讯,在2025年耗尽所有电量。
有人可能会问,为什么旅行者一号不会被宇宙中的陨石打到呢?其实宇宙空间太大,而旅行者又太小,而且才飞了区区不到40年,撞到乱七八糟的陨石才是小概率事件。通信肯定用电磁波了,能够较正常的接收信息似乎一方面因为是定向的大天线,另外,由于发射频率的原因,受到较少的干扰。
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脱离太阳系的卫星
在2006年3月31日,来自德国AMSAT(业余无线电卫星通讯组织)追踪并接收到来自旅行者1号的数据,他们于波鸿使用了一台20米的碟型天线配合长观测时间技术。其后那些数据与深空网络位于西班牙马德里的观测站获取的数据进行了校对及验证。
2012年6月17日,位于美国加利福尼亚州的美国航天局(NASA)喷气推进实验室发布声明称,1977年发射的“旅行者1号”探测器发回的数据显示,它已抵达太阳系边缘。这个在太空中孤独旅行35年的探测器将有望成为首个脱离太阳系的人造物体。假如除去消息传播的时间,那么旅行者1号到达太阳系边缘的时间为2012年5月。
航天局表示,过去3年中,“旅行者1号”上携带的两个高能望远镜接收到越来越多的宇宙射线,2020年,来自太阳系外的宇宙射线数量急剧增加。此外,探测器感测到的高能粒子数量也出现了变化,这些源自太阳的粒子数量有所下降。基于这些数据,项目科学家得出结论:“人类向星际空间派出的首个使者已在太阳系边缘”。
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“旅行者1号”越接近太阳风的边缘,穿透探测器上的过滤装置的宇宙粒子就越多。 2012年5月7日,这种现象忽然加剧。到7月初稳定下来,这只能解释为‘旅行者’1号正在穿过太阳系和星际物质的交界处。理论上认为这里是一个狭窄的不稳定区域,被称为‘太阳层顶’。而这个探测器飞出太阳系的时刻令人激动,因为这是人造物体首次脱离太阳系。
假如美国航天局的测量工具证明“旅行者”1号飞出太阳系,我们将能最终得知太阳系的确切体积。知道它的厚度大约为0.5个天文单位(1个天文单位是地球至太阳的平均距离,约为1.5亿公里),距离太阳120个天文单位。
旅行者1号被火箭发射时,其速度为每秒35公里以上,但在我们地球的位置,速度必须达到每秒42公里,才能在太阳系的重力下自由航行,所以一开始无法逃离太阳系。但是之后,通过环绕木星和土星时的重力弹弓效应,加速到足以逃离太阳系的速度。例如,在木星附近逃离太阳系的速度只有每秒18公里,但在这里,在当前位置,速度下降到每秒16公里,但逃离太阳系的速度只需要每秒几公里。
但是旅行者1号现在已经相距216亿公里,但也是太阳风在太阳层顶端——太阳前进方向——所能到达的最远距离。目前连日来,刀鞘和弓冲击波尚未到达。离开太阳系还有很长的距离。由于太阳系外围的奥尔特云的宽度以横竖相隔2光年,即使目前速度不变,旅行者1号也需要30万年才能跑到奥尔特云之外随着技术的发展和观测设备的敏感度的提高,发现冥王星之外有一片由巨大小行星群组成的天地。其直径约为300亿公里(约200个天文单位,一个天文单位是太阳到地球的距离,约1.5亿公里)。
当时天文学家早就猜测了柯伊伯带的存在,但在当时的条件下无法证实这一点。他们猜测了柯伊伯带的原因。也就是说,在太阳系形成初期,在靠近太阳内部的行星板上受到更多的太阳重力,最终形成了体积较大的行星,在离太阳更远的地方,太阳重力相对减少,外围的小行星没有足够的条件聚集成更大的天体。
当柯伊伯带被发现时,天文学家们很高兴,认为他们找到了太阳系的边界。不久,又传来了另一个沉重的消息,在柯伊伯带的外层,我们常见的彗星是由更小的冰质天体组成的空间。这是闻名的奥尔特星云。地球生物的诞生可以说与奥尔特星云有很大关系。亿万年来,来自奥尔特星云的彗星为地球带来了充足的水和有机物,为地球的诞生创造了强盛的基础条件。