旅行者1號已確認飛出太陽系(旅行者1號 飛出太陽系)

旅行者一號飛出太陽系了嗎？

沒有，太陽系的直徑達到了2光年，這個范圍以旅行者一號的速度，要飛出去還需要1.7萬年。

目前的旅行者一號雖然已經飛行了217公里，已經穿越了柯伊伯帶，可是它離進入奧爾特星云還非常遙遠，根據科學家的計算，大約還需要數千年的時間，旅行者一號才能夠進入奧爾特星云，然后再花費一萬多年的時間來穿越這片星云，最后才熊飛出太陽系。

而目前旅行者一號所在的空間也可以稱得上是星際空間，因為在柯伊伯帶和奧爾特星云之間，沒有了太陽輻射的影響，這里的天體和物質非常稀少，跟星際空間相似。

可能有朋友看到這里會想：太陽系范圍如此之廣，旅行者一號還需要1.7萬年才能夠飛出太陽系，那它還有希望在未來被外星捕獲，從而知道地球和人類的存在嗎？事實上，當科學家對太陽系范圍重新設定之后，對旅行者一號能夠飛出太陽系發現外星文明已經不抱什么希望了，畢竟1.7萬年的時間對于人類文明來說太漫長了。

如果人類文明能夠一直延續發展下去，以現在科技的發展速度，1.7萬年的時間足可以讓人類科技發展到遠超我們想象的地步。那個時候，人類有可能早已掌握了光速飛行技術甚至是超光速飛行技術，有了如此快的速度，我們還需要旅行者一號去探索系外行星，探索外星文明嗎？當然不需要。

而且當人類有了更快的速度之后，第一時間就會派出飛船將旅行者號收回，可能有人不理解：為什么要將旅行者號收回呢？不管它們，讓它們一直向著宇宙深入前進不是更好嗎？事實上，隨著人類對宇宙認知的不斷提高，不少的科學家對旅行者號充滿了擔憂，原因就是它上面攜帶著地球的坐標信息。

旅行者1號沖出太陽系了嗎？我國太陽系邊際探索任務，即將接棒

1979年，美國NASA的旅行者1號、2號升空，這是人類史上最著名的兩個探測器，它們已經在太空中漂浮了44年，目前都已經飛到了距離地球200億公里以外的地方。

毫無疑問，旅行者號探測器代表著人類目前 探索 宇宙的巔峰，但它們依舊沒有飛出太陽系，而在接下來的五年里，它們將耗盡所有能源，徹底與地球失聯。

太陽系的邊緣有什么？我們會面臨什么樣的挑戰？

目前我們已知的太陽系最遙遠的行星是海王星，與太陽的距離是45.2億公里，在海王星之外，NASA的新視野號探測器遇到了距離太陽大約有65億公里，被人們稱之為“天涯海角”的小行星，這是迄今為止，人類拍攝到的，太陽系中最遠的天體，而它就位于柯伊伯帶中。

柯伊伯帶曾經被認為是太陽系的盡頭，它是一個環繞恒星的圓盤，從海王星的軌道，到距離太陽約50個天文單位的地方，都屬于柯伊伯帶。但這絕不是太陽系的邊緣。

接著是太陽系的日球層，距離太陽大約100個天文單位，這是一個因為超聲速太陽風向外膨脹時與鄰近星際介質相互作用所形成的巨大“泡狀”空間。

里面充滿了等離子體、中心原子、塵埃等星際介質，日球層擋住了高能宇宙輻射等的侵擾，是地球最外圍的“城墻”，2012年和2018年，旅行者1號和旅行者2號際先后沖出了日球層，進入恒星際空間。

那我國的深空 探索 計劃是要去尋找什么？

往外，是距離太陽970億公里的太陽引力透鏡的焦點，根據愛因斯坦的廣義相對論，宇宙中的大質量天體可以使周圍的空間發生扭曲，也可以讓光線發生扭曲，所以大質量天體就會像凸透鏡一樣，讓遠處的光線聚焦到更近的地方。

如果此時觀察者位于“光源-天體”的直線上，那么就有可能看到一個或者多個光源成像，這種現象就叫引力透鏡效應。

再往外，就是奧爾特云了，這對于我們來說依然是一個停留在理論層面的太陽最外層結構。

首先是軌道設計問題，探測器要飛往這么遠的地方，燃料并不是取之不盡的，所以取道肯定要盡量借助引力彈弓效應，多途徑一些重要天體進行探測。

目前核動力依然是最有效的推進技術，旅行者號用的也是钚的放射性能量來發電的，當然，太陽帆技術依然可以考慮。超遠距離的深空通信也是一種重要的問題，還有太空設備的壽命問題，科學載荷問題等待，都需要解決。

按照計劃，我國的首次太陽邊際探測可能會在2024年首次發射，在宇宙空間中飛行25年后，到達最近的日球層頂。

此外，我國還計劃在2030年，應用核動力，用更高的速度進行深空探測。除了在2049年實現100個天文單位的探測距離這個中世紀目標，在本世紀末，我國也計劃實現1000個天文單位的探測，甚至在未來，將目標設定在了超過10000天文單位的距離上，而那里就是太陽系最外層的結構——奧爾特云。

沖出太陽系的旅行者

1977年9月5日，Voyager I，旅行者1號發射升空，開啟了長達四十多年，且仍未止步的漫長旅行。2012年8月25日，它沖出了 日球層 ，進入了恒星際空間，成為了人類迄今第一個，離開了太陽系的人造物，也是迄今為止距離地球最遠的人造物。

關心地球物理學的大家，對于旅行者1號、2號這兩位大名鼎鼎的探險者，一定不陌生。這兩顆探測器先后于2012年和2018年離開日球層，進入恒星際空間。消息發布的時候，在學界和民間，都形成了天文學和空間科學的熱潮。

大家對于太陽系很熟悉，我們每天都生活在太陽系的第三顆行星上，創造著人類一切偉大而又渺小的文明。但是對于人類來說，太空是如此廣闊，很少有人對地球和月亮之外的空間有直觀的感受，甚至難以想象，更不要說太陽系之外。

如今一位先驅，經歷了40年不眠不休的跋涉，終于來到了太陽系的邊界——第一時間進入腦海的，其實并非感嘆，而是三個質疑：什么是太陽系的邊界？為什么認為旅行者飛出了太陽系的邊界？以及，旅行者1號究竟是如何到達這樣遙遠的邊疆的呢？

01

什么是 太陽系的邊界 ？

我們說旅行者1號到達了太陽系的邊界——什么？太陽系還有個邊界？

人類從未離開過地月系，更不要說離開太陽系，進入更為廣闊的恒星際空間了。莊子說：“夏蟲不可以語冰。”其實全無貶低的意思，對于現階段的人類，太陽系確實是一個大得沒邊的體系。如今，藉由科學家的推算，以及旅行者號的證實，太陽系的邊界，已經不再是人類認知的盲區了。

太陽系確實有邊界，這個邊界，根據不同的定義，有著不同的范圍。在天體物理學領域，通常來說指的是太陽引力主導的最外圍；而在空間物理學領域，太陽系的邊界，指的是“ 日球層(Heliosphere) ”的邊界。

日球層，指的是在恒星際物質之中，由太陽釋放出的等離子體，例如太陽風，所撐起的一個“空洞”，像一個氣泡。在這個氣泡之內，太陽風占據主導地位，而在這個氣泡之外，是恒星際物質的主場。

舉一個生活中的例子。大家在刷牙的時候，打開水龍頭，就會看到上圖這樣的現象。相對高速的水流，沖擊到水池池底，形成一個高速的水流盤。在這個水流盤的外圍，水流迅速減速，堆積起來。

這是太陽風系統的一個二維簡化類比。我們把水流沖擊水池的那個位置看作是太陽，那么四濺的高速水流，就是太陽風；而外圍那些緩慢平靜的水流，就是恒星際物質。

在太陽系內，太陽風等離子體以 超音速 ，從太陽“吹”向四方。這個超音速和地球大氣層內的超音速是不一樣的。在地球周邊，太陽風大致有兩種速度，慢太陽風大約 30 0-500千米每秒，快太陽風大約750千米每秒。而在恒星際空間，等離子體的速度是 亞音速 的。

如果讀者注意觀察的話，就會發現，刷牙時侯的這種神奇現象——當然洗臉洗手的時候也能看到——并不是在水龍頭剛剛打開的時候就會出現，而是需要在水池里預先堆積一部分已經被水池的形狀等因素減速了的水才會出現。是的，這種激波現象，必須存在快速和慢速的兩種流體。在這兩個流體相互拮抗的邊緣，才會出現激波。對應在太陽系，這個激波，就是日球層的“ 終止激波（Termination Shock） ”。

更進一步觀察，我們還會發現，兩種速度的水流界處，水位是最高的，幾乎是翻卷著立起來了。是的，在這樣的地方，會形成一個鞘。在這里，本來快速流動的水被減速，被擠壓，于是大量堆積。在動態平衡下，會聚攏成比別的地方更高的水位。體現在三維體系中，就意味著這里的流體會具備更高的密度。對應于太陽系，那就是日球層的“ 日球層鞘（Heliosheath） ”。

在空間尺度上，這個邊界是相對清晰的，所以在空間物理中，我們將日球層的外邊界，作為太陽系的邊界。

我們所說的，旅行者一號離開的太陽系邊界，就是指日球層鞘。

圖注：獵戶座LL的弓激波

此外，在太陽系的“前進方向”（這里指的是太陽在恒星際空間物質中運動的方向），還有一個結構，被稱為“ 弓激波（bow shock） ”。大家可以想象一艘船，在平靜的湖面上劈波斬浪，快速前進。在船艏，水會被破開，形成一道向兩邊滑去的浪紋。弓激波就是這樣的結構。

02

為什么 認為 旅行者飛出了太陽系的邊界 ？

前面說到，旅行者號離開了日球層。那么科學家是怎么判斷，旅行者號離開了日球層，進入了恒星際空間呢？

在2003年，一部分科學家認為根據計算，旅行者1號進入了終止激波，在這里，太陽風將從超音速降到亞音速。但是一部分科學家對此存疑，因為老邁的旅行者上的太陽風探測器已經壞了，提不出證據來，必須從其它儀器上提取信息。

到了2005年5月25日，在AGU 會議 （美國地球物理學聯合會）上，Ed Stone博士展示了旅行者1號進入終止激波區域的證據。

到了2010年6月，從數據來看，旅行者1號處的太陽風幾乎為零。此時，旅行者1號距離太陽116個天文單位，大約173億公里。2010年12月13日，確認旅行者1號已經離開了太陽風出流的范圍。大致來說，就是進入了“日球層鞘”。

2011年3月，地面給旅行者1號發送指令，讓其相對地球，逆時針旋轉了70度，來測量其他方向的太陽風——這是 1990 年，旅行者1號拍完全太陽系的全家福之后，久違的一次機動。旅行者1號工作正常，其發回的數據也被民間業余愛好者接收到。

圖注：旅行者1號拍攝的太陽系全家福

2011年12月1日，旅行者1號接收到了Lyman-alpha射線，這種射線是銀河系產生的。在過去的天文學研究中，在別的河外星系發現過Lyman-alpha輻射，但是過去由于來自太陽的信號干擾，銀河系本身的這種輻射卻無法觀測到。

到這時，NASA認為，旅行者1號，隨時都有可能離開太陽系，進入行星際空間。

2012年8月，旅行者1號離開了太陽系，進入了行星際空間。

實際上過去了一年，這一事實才終于被科學家們通過反復論證證實出來，真正發表已經到了 2013 年的4月份。代表性的論文有：

Cowen, R. ( 2013 ). "Voyager 1 has reached interstellar space". Nature.

Kerr, R. A. ( 2013 ). "It's Official—Voyager Has Left the Solar System". Science.

是的，到了關鍵問題了——怎么論證的？

簡單來說，就是周遭環境的劇烈變化：

首先是宇宙射線的增強。上面這張圖描繪了2011年10月至2012年10月的宇宙射線粒子（能量高于70兆電子伏特）數目，在2012年后半年，粒子數顯著地增加了，這表明太陽風對外界粒子的遮擋作用驟然變弱了。圖的橫軸是時間，縱軸是每秒的粒子數。

其次是太陽風粒子（能量低于0.5兆電子伏特）數目的劇烈減弱。可以看到，2012年8月，太陽風粒子經歷了一次斷崖式下跌。

簡單地說，科學家因此而認為，在2012年8月25日——

旅行者一號離開了太陽系，進入了行星際空間。

03

旅行者1號 如何 到達遙遠的邊疆 ？

2013 年3月，旅行者1號，被宣布成為人類第一個進入星際空間的人造物。在這一年，旅行者1號以每年3.6個天文單位的速度，脫離太陽系。

到了現在，我寫下這句話的這一秒，旅行者1號距離地球146.61036774個天文單位，合21,932,598,835千米；距離太陽146.73893386個天文單位，合21,951,832,053千米。相對于太陽的速度，大約是16.9995千米每秒。從地球發送一個信號過去，以光速傳播，需要20小時19分鐘19秒，才能被接收到。就在幾分鐘之后，插入下面這張圖的時候，又前進了很多很多。

這是何等遙遠的邊疆！何等飛馳的極速！筆者單位的網速要是能這么快就好了

旅行者1號和2號作為全人類的明星探測器，他們的任務實時狀態，都可以在NASA的噴氣動力實驗室（JPL）官網查詢到，順便一提，噴氣動力實驗室最早的主要創始人，就有我國科學家錢學森老先生。

在全人類的 歷史 上，只有5顆探測器，達到了能夠脫離太陽系的“第三宇宙速度”，分別是先驅者10號、11號，旅行者1號、2號，和新地平線號。

五顆探測器在X-Y平面和X-Z平面上的軌跡示意圖，單位是天文單位AU。

第三宇宙速度是一個與物體距離太陽的距離相關的值。其代表的就是物體本身的動能（正值），大于物體受太陽引力勢能（負值）的絕對值，從而總的機械能大于0，使得物體逃脫太陽引力體系。這需要海量的能量，如果用人類制造的火箭去實現，那么需要用一個龐大的火箭，去發射一個微小的探測器。

新地平線號（New Horizon）探測器是借由火箭直接達到第三宇宙速度的。它的整箭發射重量是576.16噸，但是探測器的重量只有478千克，相差一千多倍。

新地平線號

旅行者1號重達825.5千克，本身就比新地平線號要重。其本身又比新地平線號早了近 30 年，技術上也不夠先進，所以用火箭來讓它達到第三宇宙速度，很不經濟，成本太高。

于是，經過科學家的計算，他們決定用時間去換取速度，讓太陽系的各位行星兄弟們來為旅行者號助推。

旅行者號的距離-時間-速度圖。

紅實線是其速度曲線，紅虛線是其距離，均相對于太陽

從圖上可以看出，1977年，旅行者號發射，隨著其軌道高度越來越高，速度就越來越慢——這是開普勒定律決定的。而在1979年，突然，他的速度有一個陡峭的提升。到了1980年后半年，速度又向上抬升了一下。這兩個臺階，正是太陽系的行星，在為旅行者號提供助推。具體來說，就是木星和土星，這兩顆太陽系最大的行星，對旅行者1號施加了“ 引力彈弓 ”。

旅行者1號與木星、土星相遇。

深藍色是地球，亮藍是木星，綠色是土星

什么是引力彈弓呢？請讀者想象一個乒乓球。

當你將乒乓球砸向一面墻壁，乒乓球會以近乎原速，反彈回來。但是如果你將乒乓球迎面砸向一列飛馳而來的火車，火車會將乒乓球直接撞飛。如果我們認為碰撞前后的速度正好是相反的，而碰撞過程中能量沒有損失，并且火車不會因為乒乓球的碰撞有明顯的減速。那么，這一次乒乓球反彈的速度的絕對值，應當等于乒乓球砸向火車的速度絕對值， 加上 火車行駛的速度絕對值。

將這種碰撞的力，換成星體之間的引力，就成了引力彈弓。

引力彈弓

木星和土星向來以引力巨大著稱，用這兩個星球做引力彈弓，在實際操作中是最為可行的。你沒看《流浪地球》，也是用木星做引力彈弓么？

借助這兩次引力彈弓，旅行者1號順利達到第三宇宙速度，向著星際空間，向著宇宙深空奔去。

旅行者號無疑是偉大而精密、復雜的科學系統，從飛行器設計到軌道設計，都有嚴密而繁多的考量和細節，在這樣一篇短文里，顯然是不能一一敘述。如果旅行者號不出意外，他們的同位素熱發電機大約能工作到20 30 年，此后就會因為電量不足關機，開始在星際空間的混沌的漂泊。

旅行者1號在天球上的軌跡

太陽系行星際空間的廣闊和神奇，已經讓人驚嘆；人類如今一只腳邁入了恒星際空間，又有多少令人目眩神迷的驚喜？旅行者1號和2號正努力用僅存可以工作的4組和5組科學儀器，以160bps，大約20B每秒的速度，跨越20多個小時的傳播時間，將太陽系外的珍貴數據傳回地球，如果你有足夠好的接收天線，你也可以收聽到這來自系外的先驅者的日記。

現在，旅行者號前進的方向，在地球上看來，是蛇夫座的方向。大約 30 0年后，他會到達理論上的奧爾特云（很多彗星的發源地），然后用3萬年的時間穿越奧爾特云。大約4萬年后，以1.6光年的距離，與恒星Glie 445擦肩而過。

旅行者號攜帶的黃金唱片

旅行者1號并沒有特定地飛向某一顆恒星，注定會在銀河系中探險，徘徊，游蕩——直到永遠。

而我們會永遠記住，他，就是人類第一次，沖出太陽系的旅行者。

美編：張 岳

校對：陶 琴

旅行者1號飛出太陽系？別想了，它一萬年內都飛不出去

在1781年以前，人類一直以為太陽系只有六顆行星，它的邊際就在土星的位置。

直到英國天文學家威廉·赫歇耳發現天王星，人類才意識到自己對于太陽系的認知非常有限，太陽系的邊際也從土星軌道的14億公里擴展到了天王星軌道的29億公里。1846年，天文學家又發現了海王星，再一次將人類認知的太陽系邊界擴大到了45億公里。

接下來人類對太陽系的認識就越來越深了，從冥王星到柯伊伯帶，再到奧爾特云……太陽系到底有多大？我們要多久才能沖出這個“牢籠”呢？

在衡量一個尺度之前，我們必須要規定一個測量單位。對于太陽系來說，用公里來衡量實在有點小材大用，而光年又顯得有點殺雞用牛刀。因此，天文學家們規定了一個適合用于衡量像太陽系這樣的系統的長度單位：天文單位。天文單位的定義就是地球到太陽的距離，也就是大約1.496億公里。

讓我們從太陽系的最內側出發，以水星為例，它與的半長軸約為6980萬公里，也就是0.46個天文單位；木星的半長軸是5.2個天文單位，也就是7.8億公里；而冥王星和太陽的平均距離約為59億公里，這就是大約39.2個天文單位。這個距離，即使是在高速公路上的速度，也要6000年的時間才能到達。

好在，隨著人類 科技 的發展，航天探測器遠遠超過了 汽車 的速度。

2006年，美國國家航空航天局的新地平線號探測器發射升空，經過近10年的飛行，于北京時間2015年7月14日19時49分飛掠冥王星。其飛行速度，達到了每小時8.4萬公里。

現在我們知道，冥王星僅僅是太陽系柯伊伯帶的一顆普通的天體，而且是柯伊伯帶內距離太陽最近的一顆。

柯伊伯帶是位于海王星軌道以外的一片區域，最早由愛爾蘭裔天文學家艾吉沃斯提出，后來杰拉德·柯伊伯將這個觀點完善，因此這片區域也以他的名字來命名。他們認為，柯伊伯帶充滿了微小的冰冷物體，這些都是原始太陽星云殘留下來的碎片，沒有凝聚成行星，于是散落在這片寒冷的區域。據推測，柯伊伯帶的直徑大約有500個天文單位，也就是750億公里，這是剛剛發現海王星時的天文學家所完全不敢想象的范圍。在這片區域，分布著大量的小天體，其中最大的也不超過3000公里，連月球都比不上。

最早進入到柯伊伯帶的天體，其實并不是新地平線號探測器，而是NASA在20世紀70年代發射的旅行者1號探測器。1977年9月5日發射的旅行者1號是第一個給人類傳回近距離拍攝木星、木星照片的探測器，也是目前人類發射最遠的探測器。

2012年8月25日，NASA宣布“旅行者1號”成為人類 歷史 上第一個進入星際介質的宇宙飛船。很多人誤以為人類探測器終于逃離太陽系了，但其實并非如此。它和后來的旅行者2號，所擺脫的只是太陽的日光層。

我們知道，太陽在進行核聚變的同時，還會向外釋放非常強烈的輻射，大量高能粒子以160萬公里的時速沖向宇宙空間，這叫做太陽風，并且飛得越遠，密度越低，所以能量也越弱。同樣的，在宇宙中，還有其他天體釋放的輻射，在宇宙中交織起來。在距離我們大約120個天文單位的位置，太陽的輻射和宇宙輻射達到了平衡，這樣的位置就叫做日光層，厚度約為0.5天文單位。在這里，等離子體的密度比其他區域高了80倍，而且兩股勢力來回的拉鋸也導致這片區域非常不穩定。

當科學家發現旅行者1號探測器"記錄到等離子體（熱的、電離的氣體）以一定的頻率突然出現震蕩的峰值時，就知道這艘航天器已經突破了日光層。"不過，日光層遠不是太陽系的邊界。根據日光層的范圍我們就知道，它只是位于柯伊伯帶之中的一部分，甚至都不在柯伊伯帶的邊界。也就是說，目前兩只旅行者號探測器只是飛出了日光層，但仍然在柯伊伯帶飛行。

根據NASA在2020年3月12日更新的數據，旅行者一號目前距離地球220億公里，以17公里/秒的速度繼續向宇宙深處飛行。按照柯伊伯帶500個天文單位的直徑，它還需要差不多52年的時間才可能飛出柯伊伯帶，進入到太陽系最外層結構—— 奧爾特云 。

1950年，荷蘭天文學家簡·亨德里克·奧爾特正式描述了這片區域：屬于太陽系的最外層，由于受到太陽輻射很弱，所以相對穩定。他認為這里是太陽系中彗星的家園，擁有著上百萬個彗星核，并且其中的物質可以不斷形成新的彗星。

經過多年的研究，科學家們對奧爾特云的描述也越來越詳細：其質量大約在地球的5-100倍之間，雖然擁有著海量的彗星，但只有5%可以進入到太陽系內部，“朝見”至尊的太陽。

不過，由于人類觀測能力的限制，目前我們對于奧爾特云的了解還非常有限，或者說得更讓大家“寒心”一點——我們還沒有真正觀測過奧爾特云。據推測，奧爾特云的直徑在100000個天文單位左右，或者說是1.87光年的范圍，可能達到2光年（甚至有科學家認為奧爾特云直徑有3.2光年）。也就是說，從地球出發的探測器，要飛出去差不多1光年的距離，才會到達太陽系的邊緣——這個邊緣，是太陽引力的極限，也是太陽系真正的邊界。

2光年的直徑是什么概念？相當于1340萬顆太陽的寬度。如果地球是一顆小米粒，太陽就有一只香瓜那么大，而太陽系則有北京城那么大！

這就是太陽系的范圍。

對于人類現在的探測器來說，這個距離是無法逾越的鴻溝，更不用提4.24光年外的比鄰星了。

按照現在的速度，旅行者1號探測器將在大約73600年后才能到達比鄰星。和它相比，新地平線號探測器速度要更快一些。不過，想要飛到比鄰星，也需要37000年左右。

不過，它們的動力系統都不足以堅持那么久，最終都會失去動力。根據NASA的計算，旅行者1號探測器的電量恐怕在2025年就會耗盡。比它更先進的新地平線號，也會有能源耗盡的一天。最終，它們都會成為宇宙中被人類遺忘的人造天體，獨自流浪。

好在它們在慣性的作用下，憑借著現有的巨大速度，從理論上說不會被太陽吸回來，最終還有希望飛出太陽系。不過，由于連傳信號的能源都不夠，就算它們真的抵達了比鄰星，我們也永遠不可能知道了。

旅行者1號已經飛出了太陽系，人類是如何與它保持聯系的？

人類對宇宙深處滿了無限的向往，隨著科技的進步，相繼發射了5艘可以飛出太陽系的航天器，其中已經進入星際空間的旅行者1號，是飛離地球最遠的航天器，雖然距離地球越來越遙遠，但旅行者1號并沒有和人類失去聯系，這主要得益于旅行者1號當初的設計，以及深空網絡系統（DSN）的功勞。

旅行者1號的設計利用了引力加速技術，在1977年發射時，恰巧碰上了176年一遇的行星幾何排列，這讓旅行者1號可以借助各個行星的引力進行加速，以12年的時間就可以造訪木星、土星、天王星及海王星；這也讓旅行者1號的速度遠超先驅者10號探測器，以至于在1998年2月17日它超越了先驅者10號，成為離地球最遠的航天器。

在完成對木星、土星的探測任務之后，鑒于旅行者1號上的電力還能支撐足夠長的時間，于是NASA將旅行者1號的任務更改為星際探索，放棄了對天王星和海王星的探索，利用土星引力彈弓進行了加速，速度超過了第三宇宙速度，徑直朝日球層頂飛去。

2013年9月12日，旅行者1號探測器脫離了太陽圈頂層，進入了寒冷黑暗的星際空間，歷經39年的旅行，在離地球約206億公里，旅行者1號成為首個離開太陽系的人造物體。

在旅行者1號設計之初，它的無線電通訊系統就被設計用來超越太陽系的極限，它搭載有一個直徑3.7米的拋物面天線高增益卡塞格林天線，可以接收和發送無線電波。

旅行者1號的高增益卡塞格林天線，通常以2.3 GHz或8.4 GHz的頻率在深空網絡通道中傳輸數據，當無法與地球直接通信時，數字磁帶記錄器可以記錄大約64千字節的數據，以便在下一個通訊窗口進行傳輸。

與旅行者1號建立通訊聯系的是深空網絡系統，擁有位于加州、馬德里、堪培拉的3個測控基地，這3個測控基地均配備有1個70米口徑的天線，1個34米口徑高效率天線，4個34米口徑波束波導天線，這些天線皆具備高增益并附帶拋物面反射器，可以以 2.1 GHz 的頻率向旅行者1號發送指令。

由于航海者1號的距離十分遙遠，深空網絡天線接收到的信號已經非常微弱，事實上，DSN 天線從旅行者1號接收到的信號功率，比運行數字手表所需的功率低200億倍，但工程師們增強這些信號的功率，讓旅行者1號的信息可以被人類識別。

旅行者1號由三塊放射性同位素熱電發電機作為動力來源，到目前為止已經超過了設計壽命。同位素熱電發電機能保證旅行者1號上搭載的部分科學儀器，繼續工作至2025年。

至2036年，旅行者1號上信號傳輸的電力將消耗殆盡，再也無法向地球發回數據，而此時深空網絡也無法向其發送任何有效指令，旅行者1號屆時將成為孤獨的星際旅行者。

旅行者1號是如何飛出太陽系的？它離我們有多遠？

旅行者1號（Voyager I） 是美國國家航空航天局（NASA）1977年9月發射的一枚重722公斤的太空探測器，它被送往太空研究太陽系的外層和星際空間。

旅行者1號 圖源： NASA

截至2012年11月29日，它已經運行了超過35年零2個月。目前它距離地球約1.84 x 10^10公里，是最遠的人造物體。據推測，旅行者1號已經越過日光層進入了星際空間，它是人類 歷史 上運行時間最長的宇宙飛船，通過接收常規指令和向地球發送信息及數據進行通信。

旅行者1號在太空中遨游并不斷拓展，按照計劃于1980年結束了第一階段的運行，它被分配的任務是 探索 太陽系邊界。

旅行者計劃是如何誕生的

旅行者1號的建造及其任務是作為雄心勃勃的行星之旅計劃（Planetary Grand Tour）的一部分而出現的，該計劃想要發射無人探測器去研究太陽系外端的行星和其他天體。這個項目由航天工程師加里·弗蘭德羅（噴氣推進實驗室）在20世紀60年代末提出構思，利用木星、土星、天王星、海王星和冥王星這五顆行星175年一次的直線排列（按照周期將在70年代末出現），使用“引力助推”技術將太空探測器送到外部界限，這種技術當時剛剛流行起來。

加里·弗蘭德羅（Gary Flandro） 圖源：NASA

旅行者1號所采用的技術旨在以最少量的推進劑和較短的行星間飛行時間來運載探測器。它最初是作為水手號計劃（Mariner Program）的一部分 探索 金星、水星和火星，后來由于預算限制，它被設計成只飛掠木星和土星。該探測器最初被命名為水手號木星土星探測器，然而后來它的設計逐漸與水手號背道而馳，因此改名為旅行者號。

旅行者1號與木星示意圖 圖源：NASA

關于旅行者號

旅行者號太空探測器攜帶了一張鍍金的視聽光盤，如果飛船被太空中的智慧生命攔截，信息可以交換。它攜帶有地球的照片，也有名人演講、莫扎特音樂、鯨和兒童哭聲等形式的錄音。

旅行者1號的設計是由噴氣推進實驗室的科學家們開創的。它由16個肼（一種無機可燃液體化合物）推進器、定位裝置和陀螺儀組成，三軸陀螺儀用于保持衛星在太空中的正確方向，定位儀器有助于保持無線電天線指向地球。另外它還配備了8個備用推進器和11個額外的科學儀器，以便在飛過太空中不同行星和其他天體時研究它們。

旅行者1號的構造 圖源：Harvard University

旅行者1號設計了能在其飛行中長時間運行的通訊系統，該系統由直徑約3.7米的拋物面碟形天線組成。正是通過這種天線，位于地球上的太空監測站將發送和接收無線電信號，信號波被調制，使用的是s波段和x波段的頻率。當旅行者1號接近木星時，數據處理速率約為115.2 kbps。有時，當旅行者1號無法與地球直接通信時，它會使用一個數字記錄器記錄62,500 kb的數據，以便在以后的某個時間點進行轉發。在這種情況下，信息到達地球的時間取決于探測器與地球之間的直線距離，一般來說。按照去年2月的記錄是約16個小時。

旅行者1號在三個放射性同位素發電機（熱電）的幫助下獲得動力，每個發電機包含24個钚238氧化物球。在發射期間，這三個發電機產生了大約450瓦的電力。電力輸出預計每運行87.7年減少一半，發電機預計將為許多操作提供動力直至2025年。

雖然等離子體光譜儀和光偏振測量儀系統已經開始出現問題，但宇宙射線系統、紫外光譜儀、三軸磁力計、等離子體波系統等科學儀器仍然在運行。

旅行者1號的發射和它的旅程

盡管旅行者1號的孿生探測器——旅行者2號發射時間比前者早了幾周，旅行者1號到達木星和土星的時間卻更早，因為它的路徑更短。1979年3月間，旅行者1號離木星最近，距離木星中心約34.9萬公里，而早在同年1月它就開始拍攝這顆行星的照片了。大多數對于木星特征的觀測都是在探測器近距離逗留的48小時內進行的，行星環首先被發現，然后木衛一（Io）上的火山活動第一次被觀測到，還有許多更重要的事實被發現。

旅行者1號和旅行者2號的軌道 圖源：NASA

旅行者1號在1980年11月飛近土星，最接近的時候是同年12月。探測器研究了巨大的土衛六（Titan）、它的大氣層以及在土星環中發現的其他復雜結構。

十年后，旅行者1號從外部拍攝了太陽系的全貌。1998年，它超越了先驅者10號（第一艘穿越小行星帶的宇宙飛船），成為距離地球最遠的、能與地球進行信號傳輸與接收的人造太空探測器。這個探測器的永恒使命是研究星際介質，它目前的速度約為每秒17.26公里。

太陽系的邊緣 圖源：NASA

在過去的兩年里，旅行者1號一直處于太陽系的邊緣或太陽風頂層。在這個區域內有從太陽向外運動的帶電粒子，以平衡從星際空間向內流動的氣體和塵埃。旅行者1號的探測儀顯示，所有太陽風已經減弱，當前位置的太陽粒子處于靜止狀態。

旅行者1號離開太陽系，開啟了星際空間 探索 的新時代，是太空 探索 領域的 歷史 性事件。

參考資料

1.WJ百科全書

2.天文學名詞

3. 胖頭魚- thetimenow

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