互动科普

2013年9月23～27日，第64届国际宇航大会在北京召开。会上，国际宇航联合会宣布授予美国“旅行者1号”项目首席科学家爱德华·斯通“世界航天奖”，以表彰他对宇航技术发展做出的特殊贡献。有趣的是，在此之前十来天（9月12日），美国宇航局刚刚宣布，旅行者1号成为第一个进入星际空间的人造物体。

那么，就让我们来看看这极富传奇色彩的太空探测器吧！

人类的使者

旅行者1号由美国宇航局研制，重722公斤，携带了大量的科学仪器，包括成像科学系统（ISS)、无线电科学系统（RSS)、红外干涉光谱仪（IRIS)、紫外光谱仪（UVS)、三轴磁通门磁力仪（MAG)、等离子光谱仪（PLS)、低能带电粒子仪（LECP)、宇宙射线系统（CRS)、行星射电天文学调查（PRA)、光偏振系统（PPS）和等离子波系统（PWS）等11个主要的科学探测系统。但是，所有这些探测仪器加在一起，也比不上一张唱片留给人们的印象更深。

原来，它还携带了一张铜质镀金唱片。说是“唱片”，其实是一张刻满了数据的铜盘。不过，它同时也是一件“宣传品”，承担着“向那些可能存在的外星智慧展示地球生命的生活与文化状态”的使命。而为这张唱片选定内容的任务，就落到了美国著名科普作家卡尔·萨根牵头的一个委员会（隶属于美国宇航局）肩上。

“地球之声”金唱片背面

萨根博士等人搜集了115张图片和多种自然界的声音（比如海浪声、风声、雷声、鸟鸣、鲸和其他动物的叫声），和包括4种中国方言（普通话、闽南语、粤语和吴语）在内的55种语言的问候语，这些问候以6000年前的古美索不达米亚的阿卡德语开始，以现代中国的吴语结束。之后，是90分钟的地球之声，包括27首精选的东西方音乐作品（其中有中国古曲《高山流水》和莫扎特的《魔笛》）以及全球各地少数民族的音乐作品。除此以外，还有时任联合国秘书长的瓦尔德海姆及美国总统卡特的问候。由于特殊设计（内藏金刚石唱机针），据说即使是在10亿年后，它的“音质”也依然不会受到影响。

按照萨根的说法，“探测器被发现和（唱片）被播放的惟一的可能，就是在星际空间中存在着更先进的文明”。

现在，这张作为人类友好使者的唱片已经飞到了太空深处（顺便说一句，它的姊妹探测器旅行者2号上，也有同样的一张）。不过，有些人并不赞同这种做法。他们认为，“让外星智慧了解到地球有生命”可能并不美妙。比如著名的物理学家霍金就曾说过，“如果外星人真的来拜访我们，结果将和哥伦布登上美洲大陆差不多，对美洲土著来说可不是什么好事”，他解释说，“我们只需看看自己就会明白，(外星）智慧生命可能会发展成某种我们根本不想遭遇到的模样”。至于前面提到的斯通，倒不是很担心。他说，“太空真的很渺茫，旅行者1号距离下一个恒星还有很远的距离，得花数万年时间才能到达，所以被其他文明发现的可能性是很小的。”

尽管如此，时至今日，各种不同意见仍在交锋。

壮阔的“行星际大旅行”

也许有人会问，为什么会有旅行者1号这样的探测器问世呢？这就要从“旅行者计划”(Voyager program）开始讲起了。

起初，本没有什么旅行者1号、2号，而只有隶属于“水手计划”(Mariner program）的水手11号和水手12号。水手计划是美国宇航局于1962～1973年期间进行的一项旨在对火星、金星和水星进行无人探测的计划，从水手1号到水手10号，一共发射了10个探测器，其中7个成功、3个失败。而紧接其后的水手11号和12号，则因为预算削减改成飞掠木星和土星，并相应改名为“水手木星-土星探测器”。但是，这个计划与之前的水手计划的差别太大，已经足够独立成篇，于是又沿着“水手计划”的语境，改成了“旅行者计划”(直译则为“航海家计划”)。

与此同时，美国喷气推进实验室的工程师加里·佛兰德罗（Gary Flandro）经过缜密计算，提出了一个光是想想都能让人热血沸腾的“行星际大旅行”（Planetary Grand Tour）计划。他计算出，在20世纪70年代末，位于火星轨道以外的木星、土星、天王星、海王星和冥王星这5大行星（当时冥王星还是大行星）将会出现175年一遇的精妙排列，使得下述现象成为可能：经过精确计算，以某种角度向木星发射的探测器，将有可能在木星附近受到强大引力而被加速甩向土星（“引力弹弓”），到土星附近后再被土星加速甩向天王星，然后再被甩向海王星……以此类推，探测器费不了多少变轨能量，就可以连续飞越这5颗大行星！

这的确是一个令人过目难忘的天才设想，在美国宇航局那帮技术狂人的心中会有怎样的地位也不言而喻。因此，即便在1972年遭到了美国国会大幅削减预算的沉重打击，仍然有人试图进行缩水版的“迷你大旅行”，最终，这个天才设想的核心—利用木星加速—还是一点没浪费，被写进了旅行者计划中。

旅行者1号原计划在利用土星加速后，径直飞向冥王星。但是，它的轨道最终被设定为飞向土星最大的卫星—土卫六（泰坦，Titan），以对这颗太阳系内惟一拥有浓厚大气层的卫星进行近距离观测，希望取得的成果能帮助科学家们揭开地球生命诞生之谜。由于轨道变化很大，旅行者1号之后将不再飞越任何大行星，因此离开土星系统后它的主要任务阶段就宣告结束，进入扩展任务阶段（即继续向更远处飞行）。

相比之下，旅行者2号则更多继承了“行星际大旅行”的精髓，它陆续到达木星（1979年7月9日）并被加速、到达土星（1981年8月25日）并被加速、到达天王星（1986年1月24日）并被加速、到达海王星（1989年8月25日）并被加速，飞向宇宙深处。至于“行星际大旅行”计划中的冥王星，则留给“新视野”（New Horizons）探测器去探访了（预计2015年到达）。

这样，我们就明白旅行者1号和2号为什么都会选择在20世纪70年代后半期的1977年发射，为什么都是去木星和土星，而轨道却又不尽相同了。不过，尽管旅行者2号的发射早了16天，但它的轨道更长、速度也更慢些，因此只飞了4个月即被旅行者1号追上并超越（此时二者的运行轨道还很相近，可以称得上是“追”和“超”)。从另一个角度看，旅行者1号的轨迹总体而言“弯折”最小，运行速度也最快，这使它在36年的飞行征程中不断超越更早前发射的其他探测器，包括旅行者2号、先驱者11号（1973年4月6日发射）和先驱者10号（1972年3月3日发射），成为目前距离地球最远的人造物体。

更有意思的是，这个态势看来还要一直保持下去，就连新视野探测器也无法与之争锋。按设计，新地平线探测器的巡航速度大约为15千米/秒，比旅行者1号的17千米/秒要慢，而且还会不断地缓慢下降。这就是说，无论用多少年它也不可能追得上旅行者1号。除此之外，现在再也没有其他可能形成竞争态势的航天计划了，因此旅行者1号的宝座看起来还是很稳的。

人类已发射的外太空探测器

漫漫飞天路

1977年9月5日12时56分，在高48米、直径3.05米、重632.97吨的庞然大物“大力神3E”运载火箭提供的强大推力下，旅行者1号满载着科学家们的希望，于美国佛罗里达州卡纳维拉尔角空军站（CCAFS）顺利升空。

12月10日，它顺利到达位于火星轨道和木星轨道之间的小行星带（asteroid belt），9天后超越旅行者2号，之后穿越小行星带，进入木星观测阶段（1979年1月6日～4月13日）。在这期间，它于3月5日正式闯入了木星系统，并在12小时内，连续飞越了木卫五、木星、木卫一、木卫二，次日又连续飞越了木卫三和木卫四。在这段时间里，它发现木卫一上有活跃的火山运动（首次在太阳系的另一天体上发现火山）和前所未知的木星环。特别是木卫一的火山令人震惊，因为无论是地面观测，还是曾近距离掠过木卫一的先驱者10号和先驱者11号，之前都完全没有发现。

尔后，它进入土星观测阶段（1980年8月22日～12月14日），并于11月12日正式闯入土星系统。在接下来的35个小时里，它故技重施，连续飞越了土卫六、土卫三、土星、土卫一、土卫二、土卫五、土卫七。在这段时间里，它测定了土星大气的成分、赤道附近的风速，还观测到了土星的极光现象。

1998年2月17日，旅行者1号距太阳69AU（天文单位，1AU≈1.5亿千米），超过了先驱者10号，由此成为飞得最远的人造物体，并将这一桂冠保持至今（截至2013年10月9日为止，它距离太阳125.67AU，约188亿千米；距离地球126.09AU，约188.6亿千米）。

旅行者1号搭载了半衰期长达87年的钚238氧化物，这些“核燃料”通过“放射性同位素热电发电机”(RTG），可以持续发出约470瓦的电力供各仪器工作。按照官方口径，旅行者1号完成探测木星和土星的“主要任务阶段”就算大功告成，后面的“扩展任务阶段”多坚持一天就多赚一天。但科学家和工程师们显然不满足于这个最低要求，因为它只用3年多就可以完成主要任务，他们还是希望它之后能飞得更远，能多工作一些时日。因此，人们不仅选择了半衰期较长的核燃料，而且还将这些燃料做成小球，在RTG内鼓鼓囊囊塞了24个，足够支撑它一直飞到2025年！由此也可看出，它寄托了人们多么大的希望。

即便如此，这颗发射于36年前的探测器还是会在2025年后耗尽能量，从而与地球失去联系，成为茫茫太空中真正的静默独行者。到那时，希望还有人能记得它，记得这个最孤独同时也是最伟大的旅行者。 

（本文发表于《科学世界》2013年第11期）