旅行者1號

旅行者1號研製的一艘無人外太陽系太空探測器，重825.5kg，於1977年9月5日發射，部分功能截至目前依然正常運作，並持續與NASA的深空網路通訊。它是有史以來距離地球最遠的人造飛行器，也是第一個離開太陽系的人造飛行器。受惠於幾次的引力加速，旅行者1號的飛行速度比現有任何一個飛行器都要快些，這使得較它早兩星期發射的姊妹船旅行者2號永遠都不會超越它。它的主要任務在1979年經過木星系統、1980年經過土星系統之後，結束於1980年11月20日。它也是第一個提供了木星、土星以及其衛星詳細照片的探測器。2012年8月25日，“旅行者1號”成為第一個穿越太陽圈並進入星際介質的宇宙飛船。截至2023年8月16日止，旅行者1號正處於離太陽的位置，是離地球最遠的人造物體。旅行者1號目前在沿飛行，並已經達到了第三宇宙速度。這意味著它的軌道再也不能引導太空船飛返太陽系，與沒法聯絡的先驅者10號及已停止操作的先驅者11號一樣，成為了一艘星際太空船。旅行者1號原先的主要目標，是探測木星與土星及其衛星與環。現在任務已變為探測太陽風頂，以及對太陽風進行粒子測量。兩艘旅行者號探測器，都是以三塊放射性同位素熱電機作為動力這些發電機目前已經大大超出了起先的設計壽命，一般認為它們在大約2030年代之前，仍然可提供足夠的電力令太空船能夠繼續與地球聯絡。鈽核電池能夠保證旅行者號上搭載的科學儀器繼續工作至2025年。2036年，訊號傳輸的電力將消耗殆盡。一旦電池耗盡，“旅行者1號”仍將繼續向銀河系中心前進，但無法再向地球發回資料。計劃背景.在20世紀60年代，NASA提出“”，研議發射一對探測器飛越所有的外行星，並計劃於70年代開始著手進行。 先鋒10號蒐集到的資料讓科學家對木星磁場有更進一步的瞭解，幫助工程師設計更佳的探測器，以更有效地應對木星周圍強烈的輻射環境。但由於預算過高，行星之旅計劃便遭取消。旅行者1號原本被當成水手號計劃的一部分，並被命名為“水手11號”，但是後來由於預算遭到削減，NASA便成立一個獨立的計劃，稱為“木星－土星水手計劃”，並同時將此計劃作為行星之旅計劃的縮小版本。後來，由於天文學家認為該探測器的設計已經大幅超過原先水手號計劃的探測器，值得獲得獨立的新名稱，因此將計劃改稱為“旅行者計劃”。構造.旅行者1號是由噴氣推進實驗室建造的，其配有“姿態調節控制子系統”，包含16個聯氨推進器、三軸穩定陀螺儀，以及將探測器的無線電天線指向地球的儀器。該系統還包括了大多數儀器的冗餘單元和8個備用推進器。旅行者1號還擁有11個科學儀器，用於研究如行星等在太空中飛行時可能會遭遇的天體。通訊系統.旅行者1號的無線電通訊系統被設計用來達到並超越太陽系的極限。該通訊系統包括一個直徑的高增益卡塞格林天線，透過地球上的三個深空網路站傳送和接收無線電波。旅行者1號通常以2.3 GHz或8.4 GHz的頻率在深空網路通道18中傳輸資料，而從地球到旅行者1號的訊號則以2.1 GHz傳送。當旅行者1號無法與地球直接通訊時，它的數字磁帶記錄器可以記錄大約67MB的資料，以便在另一個時間傳輸。截至2021年，旅行者1號發出的訊號需要超過21小時才能到達地球。電池.旅行者1號在吊杆上安裝了三個放射性同位素熱電機。 每個MHW-RTG包含24個壓制的鈽-238氧化物球體。 RTG在旅行者1號剛發射時能夠產生大約470W的電力，其餘的則作為餘熱消散。 由於燃料87.7年的半衰期和熱電偶的退化，RTG的電力輸出會隨著時間的推移而下降，但該船的RTG能繼續讓船上的部份裝置持續執行至2025年。截至2023年09日，旅行者1號還有％的鈽-238燃料。至2050年，約將剩餘56.5％的燃料。電腦.與其他機載儀器不同的是，旅行者1號的可見光相機不是自動操作的，而是由其中一個機載電腦“飛行資料子系統”中的成像引數表控制。自20世紀90年代以來，太空探測器通常都裝備完全自動操作的相機。“計算機指令子系統”負責控制攝像機。CCS包含了固定的計算機程式，如命令解碼、故障檢測和校正程式、天線指向程式和航天器排序程式。這臺電腦是上世紀70年代海盜號軌道飛行器使用的改良版。旅行者中兩個定製的CCS子系統的硬體是完全相同的，只是在軟體上做了小的修改：其中一個有科學子系統，而另一個沒有。“姿態調節控制子系統”。ACS使高增益天線指向地球，控制姿態變化，並對掃描平臺進行定位。兩個旅行者的定製ACS系統都是一樣的。任務概要.旅行者1號最初計劃屬於美國水手號計劃的一部分，它的設計利用了屬於當時的新技術引力加速。幸運的是，這次任務剛巧碰上了176年一遇的行星幾何排列。太空船隻需要少量燃料以作航道修正，其餘時間可以藉助各個行星的引力加速，以一艘太空船就能造訪太陽系裡的四顆氣體巨行星：木星、土星、天王星及海王星。兩艘姊妹船旅行者1號及2號就是為了這次機會而設計，它們的發射時間是被計算過以便儘量充分利用這次機會。亦拜這次機會所賜，兩艘太空船-{}-只需要用上12年的時間就能造訪四個行星，而非一般的30年時間。發射和​​軌跡.旅行者1號在1977年9月5日於佛羅里達州的卡納維爾角，被搭載在一枚泰坦3號E半人馬座火箭上發射升空。剛好於旅行者2號在1977年8月20日的發射兩個星期之後不久。雖然旅行者1號發射較晚，1號卻被髮射進入更短的軌跡之中，讓它又比2號更早到達木星和土星.。最初，因為在泰坦3號E火箭燃燒過程的第二階段裡出現了約一秒鐘的燃燒不足，使地面的工作人員曾擔心會使太空船因此而不能到達木星。後來幸好證實了在泰坦三E運載火箭的上層仍有足夠的燃料燃燒。拜訪木星.旅行者1號發射後，首次在1979年1月開始對木星進行拍攝。1979年的3月5日，旅行者1號飛行至距離木星中心349,000公里的最近點。由於在如此近距離掠過，以及更佳的相機解析度，太空船在48小時的近距離飛行時間中，得以對木星的衛星、環、磁場以及輻射帶作深入瞭解及高解像度拍攝。整個拍攝過程最終於1979年4月完成。木衛一上持續的火山活動的發現可能是最大的驚喜。 這是第一次在太陽系的另一個天體上發現活火山。木衛一上的活動似乎影響了整個木星系統。 木衛一似乎是木星磁層中物質的主要—木星磁層是圍繞木星的空間區域，受到木星強磁場的影響。 在木星的磁層的外緣檢測到硫、氧和鈉，它們顯然是由木衛一的火山噴發並透過高能粒子的撞擊從表面濺射出來的。兩艘太空船對木星及其衛星作出了不少重要發現，像是它的衛星、輻射帶以及發現木星竟有前所未見的行星環。最令人驚訝的是在木衛一上發現了火山活動。這個發現是在地球上從未觀察到的，就連先驅者10號及11號也並未觀察到。拜訪土星.“旅行者1號”在順利地藉助了木星的引力後，太空船朝土星的方向進發。旅行者1號於1980年11月掠過土星，於11月12日飛行至距離土星最高雲層124,000公里以內的位置。太空船探測到土星環的複雜結構，並且對土衛六上的大氣層進行了觀測。旅行者1號發現，土星上層大氣的大約百分之七是氦氣。風向主要為東風。旅行者1號在中緯度地區多大氣中發現了類似於極光的氫紫外線輻射，並在極地緯度為10小時39分24秒。旅行者1號的任務包括飛越土星最大的衛星土衛六，據稱它具有大氣層。先驅者11號在1979年拍攝的照片表明，土衛六的大氣濃度很高而且很複雜，進一步增加了人們的興趣。飛越土衛六是在飛船進入土星系統時發生的。 旅行者對大氣對太陽光的影響的測量以及對探測器對無線電訊號的影響的地基測量被用於確定大氣的成分，密度和壓力。土衛六的質量也透過觀察其對探針軌跡的影響來測量。濃密的大氣阻止了對錶面的任何肉眼觀察，但是對大氣成分，溫度和壓力的測量使得人們推測表面上可能存在液態碳氫化合物色澱。這次靠近土衛六的決定使太空船受到了額外的引力影響，最終使太空船飛過土星南極下方並離開了黃道，終止了它的行星探索任務。如果旅行者1號飛躍失敗或未能成功觀測土衛六，旅行者2號的軌跡將被改變以飛越土衛六，並放棄對天王星和海王星的訪問。星際探索任務.在離開土星後，旅行者1號被美國太空總署形容為進行星際探索任務。估計兩艘旅行者太空船上的電池，均能夠提供足夠電力至2020年代中葉或更久，以供船上一部份的儀器操作。日球層頂.由於旅行者1號正向星際間的太空進發，船上的儀器將會繼續對太陽系進行研究。噴氣推進實驗室的科學家們正使用載於船上的等離子體波實驗來驗證日球層頂的存在。美國約翰·霍普金斯大學應用物理學實驗室的科學家們相信旅行者1號於2003年2月已經進入了終端震波區域。但有些科學家在2003年11月6日的著名科學雜誌《自然》上表示質疑。而在2005年5月25日早上，在新奧爾良舉行的美國地球物理學會一個科學會議上，艾德·斯托恩博士呈上了旅行者1號已於2004年12月離開了終端震波的證據 。由於船上的太陽風檢測器早於1990年停止運作，所以這次討論在數月後仍未得出結論，只好期待其他資料到手為止。最終，美國太空總署於2005年5月釋出新聞稿，宣佈大家已有共識旅行者1號正處於日鞘。現時旅行者1號顯然已完全進入日鞘，即介乎太陽系與星際物質之間的終端震波區域。如果旅行者1號最終在離開日球層頂後仍能有效運作，科學家們將有機會首次量度到星際物質的實際情況。現況.旅行者1號在2011年3月9日距離太陽大約116.406個天文單位。每年約3.599天文單位，比姐妹號旅行者2號快了10%。旅行者1號在這樣的速度下，如果方位對準半人馬座比鄰星，將會花上7萬3千6百年的時間到達它。旅行者1號在2011年3月9日的位置在赤經17.184時、赤緯12.14°，並且在黃道34.9°緯度位置，從地球上觀測來看它是朝向蛇夫座前進。美國太空總署每天持續用深空網路對旅行者1號做追蹤。這個網路會以旅行者1號的無線電訊號來測量高度和方位角，並且也會測量地球與旅行者1號之間的距離。旅行者1號並沒有朝向任何特定的星座前進，但是在約4萬年後它會以1.6光年的距離經過蛇夫座的AC+79 3888恆星。這個恆星大體上來講正以每秒119公里的速度朝向我們的太陽系移動。德國AMSAT。相信這是首次對旅行者有這樣的追蹤。天文學家在2010年12月13日證實旅行者1號透過太陽風的盡頭，天文學家懷疑是由於星際風反向吹入太陽圈而使太陽風偏向另一邊。太陽風偵測讀數自2010年6月起一直保持在0，提供了關鍵證據。子午線的太陽風，也就是天文學家懷疑太陽風速度增加的地方並不能推斷旅行者1號的目前位置。旅行者1號在這一天距離太陽大約173億公里。2012年6月14日，科學家透過分析來自旅行者1號的資料得出結論：第一艘人類製造的星際飛行器正位於太陽系邊緣，即將飛往星際空間。旅行者1號預計在2015年11月19日將飛行至距離太陽133.15個天文單位。2012年6月17日，NASA公佈，經過35年的飛行，旅行者1號已經離開太陽系，成為首個離開太陽系的人造物體。根據NASA的說法，證據如下：首先，“旅行者1號”上攜帶了兩個高能望遠鏡，在過去3年裡，它們接收到了越來越多的宇宙射線。而且，從今年5月開始，這一資料急劇上升。其次，探測器還能感測到一種來自太陽的高能粒子，但是，近期這些粒子的數量也在不斷下降。基於這些資料，美國宇航局參與“旅行者”專案的科學家埃德·斯通說：“人類向星際空間派出的首個使者已在太陽系邊緣。而它一旦進入星際空間，就將需要4萬年的時間才能抵達下一個行星系。2012年9月9日，距離地球約一百一十億英里，以每秒八英里的速度飛行，位處太陽系的邊緣位置，探測器目前依靠放射性同位素熱電機發電，系統最低限度運作至2020年。科學家表示，當探測器遇到三個情況，就可確定探測器已飛出太陽系，進入恆星際空間，包括來自太陽的太陽風風力急跌、宇宙射線水平飆升，及包圍探測器的磁場轉變。之後，科學家會將探測器調校至“節能模式”，讓探測器能運作多個世紀。2013年9月12日，NASA確認，“旅行者1號”探測器已經離開太陽系。NASA的發言人表示：“旅行者號已經到達了從來沒有探測器到達過的空間，這是人類的科學發展史上的里程碑。”一系列相關資料證明了旅行者號已經脫離了包裹著太陽系的由熾熱而活躍的粒子組成的太陽圈頂層，進入了寒冷黑暗的恆星際空間。歷經39年的旅行，離地球約206億公里，終於成為第一個離開太陽系的人造物體。2017年12月2日，時隔37年旅行者1號團隊的科學家與工程師對其發出了指令，命令它4個軌道修正推進器再次點火，以判斷飛行器的方向定位能力，最終旅行者1號做出正確的回應。這些軌道修正推進器用於幫助保持探針的天線指向地球，使得旅行者1號能夠繼續向NASA傳輸資料約兩到三年。關於旅行者1號的更新資料。航行者一號自2017年起不斷錄到來自星際空間、平穩持續的等離子波訊號，科學家相信有助瞭解星際空間的奧秘。2022年7月9日，美國射電天文學家Wael Farah使用舊金山的艾倫望遠鏡陣的其中20個碟型天線並指向旅行者1號的計算位置，捕獲並記錄到15分鐘的動態訊號頻譜，經與計算值比較後確認為旅行者1號的訊號。未來.旅行者1號預計將在大約300年內抵達理論中的奧爾特雲，並得花上三萬年才能完全透過。儘管它在四萬年內不會走向任何一顆特定的恆星，但它將會以1.6光年內的距離透過目前在鹿豹座中的恆星格利澤445。 這顆恆星正以的速度朝太陽系移動中。NASA說：“旅行者註定——也許永遠——會漫遊在銀河系中。”假設旅行者1號不與任何物體發生碰撞並且沒有被收回，新視野號將永遠不會透過它，儘管它從地球發射的速度比任何旅行者太空船都快。新視野號目前以大約15km/s的速度行駛，比旅行者1號行程慢2km/s，並且仍在放緩。當新視野號抵達現在旅行者1號相距太陽相同距離時，其速度將為左右。由於鈽燃料源的放射性衰變，放射性同位素熱電機提供的電功率會持續地下降，下降的速率為每年約4.2W。由於可用的電功率持續下降，每隔一段時間必須關閉太空船上的部分儀器，以確保剩下的儀器能繼續運作。旅行者唱片.旅行者1號上攜帶了一張銅質磁碟唱片，內容包括用55種人類語言錄製的問候語和各類音樂，旨在向“外星人”表達人類的問候。唱片有12英寸厚，鍍金表面，內藏留聲機針。55種人類語言中包括了古代美索不達米亞阿卡得語等非常冷僻的語言，以及四種中國的語言問好”。唱片還包括了以下內容：大眾文化中的旅行者1號.旅行者1號在小說《Fate/Requiem》中以「Voyager」的職階登場，在故事中被描述以小王子的形象現世，寶具為「遙遠的藍色星球啊」；以後在手機遊戲《Fate/Grand Order》中改編為以「Foreigner」的職階、但沿用相同寶具登場。電影星艦迷航記，旅行者1號被外星人截獲改造送回太陽系，造成地球毀滅危機。電影後會無期，旅行者1號是阿呂的偶像。參閲.