旅行者1号已确认飞出太阳系(旅行者1号 飞出太阳系)

旅行者一号飞出太阳系了吗？

没有，太阳系的直径达到了2光年，这个范围以旅行者一号的速度，要飞出去还需要1.7万年。

目前的旅行者一号虽然已经飞行了217公里，已经穿越了柯伊伯带，可是它离进入奥尔特星云还非常遥远，根据科学家的计算，大约还需要数千年的时间，旅行者一号才能够进入奥尔特星云，然后再花费一万多年的时间来穿越这片星云，最后才熊飞出太阳系。

而目前旅行者一号所在的空间也可以称得上是星际空间，因为在柯伊伯带和奥尔特星云之间，没有了太阳辐射的影响，这里的天体和物质非常稀少，跟星际空间相似。

可能有朋友看到这里会想：太阳系范围如此之广，旅行者一号还需要1.7万年才能够飞出太阳系，那它还有希望在未来被外星捕获，从而知道地球和人类的存在吗？事实上，当科学家对太阳系范围重新设定之后，对旅行者一号能够飞出太阳系发现外星文明已经不抱什么希望了，毕竟1.7万年的时间对于人类文明来说太漫长了。

如果人类文明能够一直延续发展下去，以现在科技的发展速度，1.7万年的时间足可以让人类科技发展到远超我们想象的地步。那个时候，人类有可能早已掌握了光速飞行技术甚至是超光速飞行技术，有了如此快的速度，我们还需要旅行者一号去探索系外行星，探索外星文明吗？当然不需要。

而且当人类有了更快的速度之后，第一时间就会派出飞船将旅行者号收回，可能有人不理解：为什么要将旅行者号收回呢？不管它们，让它们一直向着宇宙深入前进不是更好吗？事实上，随着人类对宇宙认知的不断提高，不少的科学家对旅行者号充满了担忧，原因就是它上面携带着地球的坐标信息。

旅行者1号冲出太阳系了吗？我国太阳系边际探索任务，即将接棒

1979年，美国NASA的旅行者1号、2号升空，这是人类史上最著名的两个探测器，它们已经在太空中漂浮了44年，目前都已经飞到了距离地球200亿公里以外的地方。

毫无疑问，旅行者号探测器代表着人类目前 探索 宇宙的巅峰，但它们依旧没有飞出太阳系，而在接下来的五年里，它们将耗尽所有能源，彻底与地球失联。

太阳系的边缘有什么？我们会面临什么样的挑战？

目前我们已知的太阳系最遥远的行星是海王星，与太阳的距离是45.2亿公里，在海王星之外，NASA的新视野号探测器遇到了距离太阳大约有65亿公里，被人们称之为“天涯海角”的小行星，这是迄今为止，人类拍摄到的，太阳系中最远的天体，而它就位于柯伊伯带中。

柯伊伯带曾经被认为是太阳系的尽头，它是一个环绕恒星的圆盘，从海王星的轨道，到距离太阳约50个天文单位的地方，都属于柯伊伯带。但这绝不是太阳系的边缘。

接着是太阳系的日球层，距离太阳大约100个天文单位，这是一个因为超声速太阳风向外膨胀时与邻近星际介质相互作用所形成的巨大“泡状”空间。

里面充满了等离子体、中心原子、尘埃等星际介质，日球层挡住了高能宇宙辐射等的侵扰，是地球最外围的“城墙”，2012年和2018年，旅行者1号和旅行者2号际先后冲出了日球层，进入恒星际空间。

那我国的深空 探索 计划是要去寻找什么？

往外，是距离太阳970亿公里的太阳引力透镜的焦点，根据爱因斯坦的广义相对论，宇宙中的大质量天体可以使周围的空间发生扭曲，也可以让光线发生扭曲，所以大质量天体就会像凸透镜一样，让远处的光线聚焦到更近的地方。

如果此时观察者位于“光源-天体”的直线上，那么就有可能看到一个或者多个光源成像，这种现象就叫引力透镜效应。

再往外，就是奥尔特云了，这对于我们来说依然是一个停留在理论层面的太阳最外层结构。

首先是轨道设计问题，探测器要飞往这么远的地方，燃料并不是取之不尽的，所以取道肯定要尽量借助引力弹弓效应，多途径一些重要天体进行探测。

目前核动力依然是最有效的推进技术，旅行者号用的也是钚的放射性能量来发电的，当然，太阳帆技术依然可以考虑。超远距离的深空通信也是一种重要的问题，还有太空设备的寿命问题，科学载荷问题等待，都需要解决。

按照计划，我国的首次太阳边际探测可能会在2024年首次发射，在宇宙空间中飞行25年后，到达最近的日球层顶。

此外，我国还计划在2030年，应用核动力，用更高的速度进行深空探测。除了在2049年实现100个天文单位的探测距离这个中世纪目标，在本世纪末，我国也计划实现1000个天文单位的探测，甚至在未来，将目标设定在了超过10000天文单位的距离上，而那里就是太阳系最外层的结构——奥尔特云。

冲出太阳系的旅行者

1977年9月5日，Voyager I，旅行者1号发射升空，开启了长达四十多年，且仍未止步的漫长旅行。2012年8月25日，它冲出了 日球层 ，进入了恒星际空间，成为了人类迄今第一个，离开了太阳系的人造物，也是迄今为止距离地球最远的人造物。

关心地球物理学的大家，对于旅行者1号、2号这两位大名鼎鼎的探险者，一定不陌生。这两颗探测器先后于2012年和2018年离开日球层，进入恒星际空间。消息发布的时候，在学界和民间，都形成了天文学和空间科学的热潮。

大家对于太阳系很熟悉，我们每天都生活在太阳系的第三颗行星上，创造着人类一切伟大而又渺小的文明。但是对于人类来说，太空是如此广阔，很少有人对地球和月亮之外的空间有直观的感受，甚至难以想象，更不要说太阳系之外。

如今一位先驱，经历了40年不眠不休的跋涉，终于来到了太阳系的边界——第一时间进入脑海的，其实并非感叹，而是三个质疑：什么是太阳系的边界？为什么认为旅行者飞出了太阳系的边界？以及，旅行者1号究竟是如何到达这样遥远的边疆的呢？

01

什么是 太阳系的边界 ？

我们说旅行者1号到达了太阳系的边界——什么？太阳系还有个边界？

人类从未离开过地月系，更不要说离开太阳系，进入更为广阔的恒星际空间了。庄子说：“夏虫不可以语冰。”其实全无贬低的意思，对于现阶段的人类，太阳系确实是一个大得没边的体系。如今，藉由科学家的推算，以及旅行者号的证实，太阳系的边界，已经不再是人类认知的盲区了。

太阳系确实有边界，这个边界，根据不同的定义，有着不同的范围。在天体物理学领域，通常来说指的是太阳引力主导的最外围；而在空间物理学领域，太阳系的边界，指的是“ 日球层(Heliosphere) ”的边界。

日球层，指的是在恒星际物质之中，由太阳释放出的等离子体，例如太阳风，所撑起的一个“空洞”，像一个气泡。在这个气泡之内，太阳风占据主导地位，而在这个气泡之外，是恒星际物质的主场。

举一个生活中的例子。大家在刷牙的时候，打开水龙头，就会看到上图这样的现象。相对高速的水流，冲击到水池池底，形成一个高速的水流盘。在这个水流盘的外围，水流迅速减速，堆积起来。

这是太阳风系统的一个二维简化类比。我们把水流冲击水池的那个位置看作是太阳，那么四溅的高速水流，就是太阳风；而外围那些缓慢平静的水流，就是恒星际物质。

在太阳系内，太阳风等离子体以 超音速 ，从太阳“吹”向四方。这个超音速和地球大气层内的超音速是不一样的。在地球周边，太阳风大致有两种速度，慢太阳风大约 30 0-500千米每秒，快太阳风大约750千米每秒。而在恒星际空间，等离子体的速度是 亚音速 的。

如果读者注意观察的话，就会发现，刷牙时侯的这种神奇现象——当然洗脸洗手的时候也能看到——并不是在水龙头刚刚打开的时候就会出现，而是需要在水池里预先堆积一部分已经被水池的形状等因素减速了的水才会出现。是的，这种激波现象，必须存在快速和慢速的两种流体。在这两个流体相互拮抗的边缘，才会出现激波。对应在太阳系，这个激波，就是日球层的“ 终止激波（Termination Shock） ”。

更进一步观察，我们还会发现，两种速度的水流界处，水位是最高的，几乎是翻卷着立起来了。是的，在这样的地方，会形成一个鞘。在这里，本来快速流动的水被减速，被挤压，于是大量堆积。在动态平衡下，会聚拢成比别的地方更高的水位。体现在三维体系中，就意味着这里的流体会具备更高的密度。对应于太阳系，那就是日球层的“ 日球层鞘（Heliosheath） ”。

在空间尺度上，这个边界是相对清晰的，所以在空间物理中，我们将日球层的外边界，作为太阳系的边界。

我们所说的，旅行者一号离开的太阳系边界，就是指日球层鞘。

图注：猎户座LL的弓激波

此外，在太阳系的“前进方向”（这里指的是太阳在恒星际空间物质中运动的方向），还有一个结构，被称为“ 弓激波（bow shock） ”。大家可以想象一艘船，在平静的湖面上劈波斩浪，快速前进。在船艏，水会被破开，形成一道向两边滑去的浪纹。弓激波就是这样的结构。

02

为什么 认为 旅行者飞出了太阳系的边界 ？

前面说到，旅行者号离开了日球层。那么科学家是怎么判断，旅行者号离开了日球层，进入了恒星际空间呢？

在2003年，一部分科学家认为根据计算，旅行者1号进入了终止激波，在这里，太阳风将从超音速降到亚音速。但是一部分科学家对此存疑，因为老迈的旅行者上的太阳风探测器已经坏了，提不出证据来，必须从其它仪器上提取信息。

到了2005年5月25日，在AGU 会议 （美国地球物理学联合会）上，Ed Stone博士展示了旅行者1号进入终止激波区域的证据。

到了2010年6月，从数据来看，旅行者1号处的太阳风几乎为零。此时，旅行者1号距离太阳116个天文单位，大约173亿公里。2010年12月13日，确认旅行者1号已经离开了太阳风出流的范围。大致来说，就是进入了“日球层鞘”。

2011年3月，地面给旅行者1号发送指令，让其相对地球，逆时针旋转了70度，来测量其他方向的太阳风——这是 1990 年，旅行者1号拍完全太阳系的全家福之后，久违的一次机动。旅行者1号工作正常，其发回的数据也被民间业余爱好者接收到。

图注：旅行者1号拍摄的太阳系全家福

2011年12月1日，旅行者1号接收到了Lyman-alpha射线，这种射线是银河系产生的。在过去的天文学研究中，在别的河外星系发现过Lyman-alpha辐射，但是过去由于来自太阳的信号干扰，银河系本身的这种辐射却无法观测到。

到这时，NASA认为，旅行者1号，随时都有可能离开太阳系，进入行星际空间。

2012年8月，旅行者1号离开了太阳系，进入了行星际空间。

实际上过去了一年，这一事实才终于被科学家们通过反复论证证实出来，真正发表已经到了 2013 年的4月份。代表性的论文有：

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，到了关键问题了——怎么论证的？

简单来说，就是周遭环境的剧烈变化：

首先是宇宙射线的增强。上面这张图描绘了2011年10月至2012年10月的宇宙射线粒子（能量高于70兆电子伏特）数目，在2012年后半年，粒子数显著地增加了，这表明太阳风对外界粒子的遮挡作用骤然变弱了。图的横轴是时间，纵轴是每秒的粒子数。

其次是太阳风粒子（能量低于0.5兆电子伏特）数目的剧烈减弱。可以看到，2012年8月，太阳风粒子经历了一次断崖式下跌。

简单地说，科学家因此而认为，在2012年8月25日——

旅行者一号离开了太阳系，进入了行星际空间。

03

旅行者1号 如何 到达遥远的边疆 ？

2013 年3月，旅行者1号，被宣布成为人类第一个进入星际空间的人造物。在这一年，旅行者1号以每年3.6个天文单位的速度，脱离太阳系。

到了现在，我写下这句话的这一秒，旅行者1号距离地球146.61036774个天文单位，合21,932,598,835千米；距离太阳146.73893386个天文单位，合21,951,832,053千米。相对于太阳的速度，大约是16.9995千米每秒。从地球发送一个信号过去，以光速传播，需要20小时19分钟19秒，才能被接收到。就在几分钟之后，插入下面这张图的时候，又前进了很多很多。

这是何等遥远的边疆！何等飞驰的极速！笔者单位的网速要是能这么快就好了

旅行者1号和2号作为全人类的明星探测器，他们的任务实时状态，都可以在NASA的喷气动力实验室（JPL）官网查询到，顺便一提，喷气动力实验室最早的主要创始人，就有我国科学家钱学森老先生。

在全人类的 历史 上，只有5颗探测器，达到了能够脱离太阳系的“第三宇宙速度”，分别是先驱者10号、11号，旅行者1号、2号，和新地平线号。

五颗探测器在X-Y平面和X-Z平面上的轨迹示意图，单位是天文单位AU。

第三宇宙速度是一个与物体距离太阳的距离相关的值。其代表的就是物体本身的动能（正值），大于物体受太阳引力势能（负值）的绝对值，从而总的机械能大于0，使得物体逃脱太阳引力体系。这需要海量的能量，如果用人类制造的火箭去实现，那么需要用一个庞大的火箭，去发射一个微小的探测器。

新地平线号（New Horizon）探测器是借由火箭直接达到第三宇宙速度的。它的整箭发射重量是576.16吨，但是探测器的重量只有478千克，相差一千多倍。

新地平线号

旅行者1号重达825.5千克，本身就比新地平线号要重。其本身又比新地平线号早了近 30 年，技术上也不够先进，所以用火箭来让它达到第三宇宙速度，很不经济，成本太高。

于是，经过科学家的计算，他们决定用时间去换取速度，让太阳系的各位行星兄弟们来为旅行者号助推。

旅行者号的距离-时间-速度图。

红实线是其速度曲线，红虚线是其距离，均相对于太阳

从图上可以看出，1977年，旅行者号发射，随着其轨道高度越来越高，速度就越来越慢——这是开普勒定律决定的。而在1979年，突然，他的速度有一个陡峭的提升。到了1980年后半年，速度又向上抬升了一下。这两个台阶，正是太阳系的行星，在为旅行者号提供助推。具体来说，就是木星和土星，这两颗太阳系最大的行星，对旅行者1号施加了“ 引力弹弓 ”。

旅行者1号与木星、土星相遇。

深蓝色是地球，亮蓝是木星，绿色是土星

什么是引力弹弓呢？请读者想象一个乒乓球。

当你将乒乓球砸向一面墙壁，乒乓球会以近乎原速，反弹回来。但是如果你将乒乓球迎面砸向一列飞驰而来的火车，火车会将乒乓球直接撞飞。如果我们认为碰撞前后的速度正好是相反的，而碰撞过程中能量没有损失，并且火车不会因为乒乓球的碰撞有明显的减速。那么，这一次乒乓球反弹的速度的绝对值，应当等于乒乓球砸向火车的速度绝对值， 加上 火车行驶的速度绝对值。

将这种碰撞的力，换成星体之间的引力，就成了引力弹弓。

引力弹弓

木星和土星向来以引力巨大著称，用这两个星球做引力弹弓，在实际操作中是最为可行的。你没看《流浪地球》，也是用木星做引力弹弓么？

借助这两次引力弹弓，旅行者1号顺利达到第三宇宙速度，向着星际空间，向着宇宙深空奔去。

旅行者号无疑是伟大而精密、复杂的科学系统，从飞行器设计到轨道设计，都有严密而繁多的考量和细节，在这样一篇短文里，显然是不能一一叙述。如果旅行者号不出意外，他们的同位素热发电机大约能工作到20 30 年，此后就会因为电量不足关机，开始在星际空间的混沌的漂泊。

旅行者1号在天球上的轨迹

太阳系行星际空间的广阔和神奇，已经让人惊叹；人类如今一只脚迈入了恒星际空间，又有多少令人目眩神迷的惊喜？旅行者1号和2号正努力用仅存可以工作的4组和5组科学仪器，以160bps，大约20B每秒的速度，跨越20多个小时的传播时间，将太阳系外的珍贵数据传回地球，如果你有足够好的接收天线，你也可以收听到这来自系外的先驱者的日记。

现在，旅行者号前进的方向，在地球上看来，是蛇夫座的方向。大约 30 0年后，他会到达理论上的奥尔特云（很多彗星的发源地），然后用3万年的时间穿越奥尔特云。大约4万年后，以1.6光年的距离，与恒星Glie 445擦肩而过。

旅行者号携带的黄金唱片

旅行者1号并没有特定地飞向某一颗恒星，注定会在银河系中探险，徘徊，游荡——直到永远。

而我们会永远记住，他，就是人类第一次，冲出太阳系的旅行者。

美编：张 岳

校对：陶 琴

旅行者1号飞出太阳系？别想了，它一万年内都飞不出去

在1781年以前，人类一直以为太阳系只有六颗行星，它的边际就在土星的位置。

直到英国天文学家威廉·赫歇耳发现天王星，人类才意识到自己对于太阳系的认知非常有限，太阳系的边际也从土星轨道的14亿公里扩展到了天王星轨道的29亿公里。1846年，天文学家又发现了海王星，再一次将人类认知的太阳系边界扩大到了45亿公里。

接下来人类对太阳系的认识就越来越深了，从冥王星到柯伊伯带，再到奥尔特云……太阳系到底有多大？我们要多久才能冲出这个“牢笼”呢？

在衡量一个尺度之前，我们必须要规定一个测量单位。对于太阳系来说，用公里来衡量实在有点小材大用，而光年又显得有点杀鸡用牛刀。因此，天文学家们规定了一个适合用于衡量像太阳系这样的系统的长度单位：天文单位。天文单位的定义就是地球到太阳的距离，也就是大约1.496亿公里。

让我们从太阳系的最内侧出发，以水星为例，它与的半长轴约为6980万公里，也就是0.46个天文单位；木星的半长轴是5.2个天文单位，也就是7.8亿公里；而冥王星和太阳的平均距离约为59亿公里，这就是大约39.2个天文单位。这个距离，即使是在高速公路上的速度，也要6000年的时间才能到达。

好在，随着人类 科技 的发展，航天探测器远远超过了 汽车 的速度。

2006年，美国国家航空航天局的新地平线号探测器发射升空，经过近10年的飞行，于北京时间2015年7月14日19时49分飞掠冥王星。其飞行速度，达到了每小时8.4万公里。

现在我们知道，冥王星仅仅是太阳系柯伊伯带的一颗普通的天体，而且是柯伊伯带内距离太阳最近的一颗。

柯伊伯带是位于海王星轨道以外的一片区域，最早由爱尔兰裔天文学家艾吉沃斯提出，后来杰拉德·柯伊伯将这个观点完善，因此这片区域也以他的名字来命名。他们认为，柯伊伯带充满了微小的冰冷物体，这些都是原始太阳星云残留下来的碎片，没有凝聚成行星，于是散落在这片寒冷的区域。据推测，柯伊伯带的直径大约有500个天文单位，也就是750亿公里，这是刚刚发现海王星时的天文学家所完全不敢想象的范围。在这片区域，分布着大量的小天体，其中最大的也不超过3000公里，连月球都比不上。

最早进入到柯伊伯带的天体，其实并不是新地平线号探测器，而是NASA在20世纪70年代发射的旅行者1号探测器。1977年9月5日发射的旅行者1号是第一个给人类传回近距离拍摄木星、木星照片的探测器，也是目前人类发射最远的探测器。

2012年8月25日，NASA宣布“旅行者1号”成为人类 历史 上第一个进入星际介质的宇宙飞船。很多人误以为人类探测器终于逃离太阳系了，但其实并非如此。它和后来的旅行者2号，所摆脱的只是太阳的日光层。

我们知道，太阳在进行核聚变的同时，还会向外释放非常强烈的辐射，大量高能粒子以160万公里的时速冲向宇宙空间，这叫做太阳风，并且飞得越远，密度越低，所以能量也越弱。同样的，在宇宙中，还有其他天体释放的辐射，在宇宙中交织起来。在距离我们大约120个天文单位的位置，太阳的辐射和宇宙辐射达到了平衡，这样的位置就叫做日光层，厚度约为0.5天文单位。在这里，等离子体的密度比其他区域高了80倍，而且两股势力来回的拉锯也导致这片区域非常不稳定。

当科学家发现旅行者1号探测器"记录到等离子体（热的、电离的气体）以一定的频率突然出现震荡的峰值时，就知道这艘航天器已经突破了日光层。"不过，日光层远不是太阳系的边界。根据日光层的范围我们就知道，它只是位于柯伊伯带之中的一部分，甚至都不在柯伊伯带的边界。也就是说，目前两只旅行者号探测器只是飞出了日光层，但仍然在柯伊伯带飞行。

根据NASA在2020年3月12日更新的数据，旅行者一号目前距离地球220亿公里，以17公里/秒的速度继续向宇宙深处飞行。按照柯伊伯带500个天文单位的直径，它还需要差不多52年的时间才可能飞出柯伊伯带，进入到太阳系最外层结构—— 奥尔特云 。

1950年，荷兰天文学家简·亨德里克·奥尔特正式描述了这片区域：属于太阳系的最外层，由于受到太阳辐射很弱，所以相对稳定。他认为这里是太阳系中彗星的家园，拥有着上百万个彗星核，并且其中的物质可以不断形成新的彗星。

经过多年的研究，科学家们对奥尔特云的描述也越来越详细：其质量大约在地球的5-100倍之间，虽然拥有着海量的彗星，但只有5%可以进入到太阳系内部，“朝见”至尊的太阳。

不过，由于人类观测能力的限制，目前我们对于奥尔特云的了解还非常有限，或者说得更让大家“寒心”一点——我们还没有真正观测过奥尔特云。据推测，奥尔特云的直径在100000个天文单位左右，或者说是1.87光年的范围，可能达到2光年（甚至有科学家认为奥尔特云直径有3.2光年）。也就是说，从地球出发的探测器，要飞出去差不多1光年的距离，才会到达太阳系的边缘——这个边缘，是太阳引力的极限，也是太阳系真正的边界。

2光年的直径是什么概念？相当于1340万颗太阳的宽度。如果地球是一颗小米粒，太阳就有一只香瓜那么大，而太阳系则有北京城那么大！

这就是太阳系的范围。

对于人类现在的探测器来说，这个距离是无法逾越的鸿沟，更不用提4.24光年外的比邻星了。

按照现在的速度，旅行者1号探测器将在大约73600年后才能到达比邻星。和它相比，新地平线号探测器速度要更快一些。不过，想要飞到比邻星，也需要37000年左右。

不过，它们的动力系统都不足以坚持那么久，最终都会失去动力。根据NASA的计算，旅行者1号探测器的电量恐怕在2025年就会耗尽。比它更先进的新地平线号，也会有能源耗尽的一天。最终，它们都会成为宇宙中被人类遗忘的人造天体，独自流浪。

好在它们在惯性的作用下，凭借着现有的巨大速度，从理论上说不会被太阳吸回来，最终还有希望飞出太阳系。不过，由于连传信号的能源都不够，就算它们真的抵达了比邻星，我们也永远不可能知道了。

旅行者1号已经飞出了太阳系，人类是如何与它保持联系的？

人类对宇宙深处满了无限的向往，随着科技的进步，相继发射了5艘可以飞出太阳系的航天器，其中已经进入星际空间的旅行者1号，是飞离地球最远的航天器，虽然距离地球越来越遥远，但旅行者1号并没有和人类失去联系，这主要得益于旅行者1号当初的设计，以及深空网络系统（DSN）的功劳。

旅行者1号的设计利用了引力加速技术，在1977年发射时，恰巧碰上了176年一遇的行星几何排列，这让旅行者1号可以借助各个行星的引力进行加速，以12年的时间就可以造访木星、土星、天王星及海王星；这也让旅行者1号的速度远超先驱者10号探测器，以至于在1998年2月17日它超越了先驱者10号，成为离地球最远的航天器。

在完成对木星、土星的探测任务之后，鉴于旅行者1号上的电力还能支撑足够长的时间，于是NASA将旅行者1号的任务更改为星际探索，放弃了对天王星和海王星的探索，利用土星引力弹弓进行了加速，速度超过了第三宇宙速度，径直朝日球层顶飞去。

2013年9月12日，旅行者1号探测器脱离了太阳圈顶层，进入了寒冷黑暗的星际空间，历经39年的旅行，在离地球约206亿公里，旅行者1号成为首个离开太阳系的人造物体。

在旅行者1号设计之初，它的无线电通讯系统就被设计用来超越太阳系的极限，它搭载有一个直径3.7米的抛物面天线高增益卡塞格林天线，可以接收和发送无线电波。

旅行者1号的高增益卡塞格林天线，通常以2.3 GHz或8.4 GHz的频率在深空网络通道中传输数据，当无法与地球直接通信时，数字磁带记录器可以记录大约64千字节的数据，以便在下一个通讯窗口进行传输。

与旅行者1号建立通讯联系的是深空网络系统，拥有位于加州、马德里、堪培拉的3个测控基地，这3个测控基地均配备有1个70米口径的天线，1个34米口径高效率天线，4个34米口径波束波导天线，这些天线皆具备高增益并附带抛物面反射器，可以以 2.1 GHz 的频率向旅行者1号发送指令。

由于航海者1号的距离十分遥远，深空网络天线接收到的信号已经非常微弱，事实上，DSN 天线从旅行者1号接收到的信号功率，比运行数字手表所需的功率低200亿倍，但工程师们增强这些信号的功率，让旅行者1号的信息可以被人类识别。

旅行者1号由三块放射性同位素热电发电机作为动力来源，到目前为止已经超过了设计寿命。同位素热电发电机能保证旅行者1号上搭载的部分科学仪器，继续工作至2025年。

至2036年，旅行者1号上信号传输的电力将消耗殆尽，再也无法向地球发回数据，而此时深空网络也无法向其发送任何有效指令，旅行者1号届时将成为孤独的星际旅行者。

旅行者1号是如何飞出太阳系的？它离我们有多远？

旅行者1号（Voyager I） 是美国国家航空航天局（NASA）1977年9月发射的一枚重722公斤的太空探测器，它被送往太空研究太阳系的外层和星际空间。

旅行者1号 图源： NASA

截至2012年11月29日，它已经运行了超过35年零2个月。目前它距离地球约1.84 x 10^10公里，是最远的人造物体。据推测，旅行者1号已经越过日光层进入了星际空间，它是人类 历史 上运行时间最长的宇宙飞船，通过接收常规指令和向地球发送信息及数据进行通信。

旅行者1号在太空中遨游并不断拓展，按照计划于1980年结束了第一阶段的运行，它被分配的任务是 探索 太阳系边界。

旅行者计划是如何诞生的

旅行者1号的建造及其任务是作为雄心勃勃的行星之旅计划（Planetary Grand Tour）的一部分而出现的，该计划想要发射无人探测器去研究太阳系外端的行星和其他天体。这个项目由航天工程师加里·弗兰德罗（喷气推进实验室）在20世纪60年代末提出构思，利用木星、土星、天王星、海王星和冥王星这五颗行星175年一次的直线排列（按照周期将在70年代末出现），使用“引力助推”技术将太空探测器送到外部界限，这种技术当时刚刚流行起来。

加里·弗兰德罗（Gary Flandro） 图源：NASA

旅行者1号所采用的技术旨在以最少量的推进剂和较短的行星间飞行时间来运载探测器。它最初是作为水手号计划（Mariner Program）的一部分 探索 金星、水星和火星，后来由于预算限制，它被设计成只飞掠木星和土星。该探测器最初被命名为水手号木星土星探测器，然而后来它的设计逐渐与水手号背道而驰，因此改名为旅行者号。

旅行者1号与木星示意图 图源：NASA

关于旅行者号

旅行者号太空探测器携带了一张镀金的视听光盘，如果飞船被太空中的智慧生命拦截，信息可以交换。它携带有地球的照片，也有名人演讲、莫扎特音乐、鲸和儿童哭声等形式的录音。

旅行者1号的设计是由喷气推进实验室的科学家们开创的。它由16个肼（一种无机可燃液体化合物）推进器、定位装置和陀螺仪组成，三轴陀螺仪用于保持卫星在太空中的正确方向，定位仪器有助于保持无线电天线指向地球。另外它还配备了8个备用推进器和11个额外的科学仪器，以便在飞过太空中不同行星和其他天体时研究它们。

旅行者1号的构造 图源：Harvard University

旅行者1号设计了能在其飞行中长时间运行的通讯系统，该系统由直径约3.7米的抛物面碟形天线组成。正是通过这种天线，位于地球上的太空监测站将发送和接收无线电信号，信号波被调制，使用的是s波段和x波段的频率。当旅行者1号接近木星时，数据处理速率约为115.2 kbps。有时，当旅行者1号无法与地球直接通信时，它会使用一个数字记录器记录62,500 kb的数据，以便在以后的某个时间点进行转发。在这种情况下，信息到达地球的时间取决于探测器与地球之间的直线距离，一般来说。按照去年2月的记录是约16个小时。

旅行者1号在三个放射性同位素发电机（热电）的帮助下获得动力，每个发电机包含24个钚238氧化物球。在发射期间，这三个发电机产生了大约450瓦的电力。电力输出预计每运行87.7年减少一半，发电机预计将为许多操作提供动力直至2025年。

虽然等离子体光谱仪和光偏振测量仪系统已经开始出现问题，但宇宙射线系统、紫外光谱仪、三轴磁力计、等离子体波系统等科学仪器仍然在运行。

旅行者1号的发射和它的旅程

尽管旅行者1号的孪生探测器——旅行者2号发射时间比前者早了几周，旅行者1号到达木星和土星的时间却更早，因为它的路径更短。1979年3月间，旅行者1号离木星最近，距离木星中心约34.9万公里，而早在同年1月它就开始拍摄这颗行星的照片了。大多数对于木星特征的观测都是在探测器近距离逗留的48小时内进行的，行星环首先被发现，然后木卫一（Io）上的火山活动第一次被观测到，还有许多更重要的事实被发现。

旅行者1号和旅行者2号的轨道 图源：NASA

旅行者1号在1980年11月飞近土星，最接近的时候是同年12月。探测器研究了巨大的土卫六（Titan）、它的大气层以及在土星环中发现的其他复杂结构。

十年后，旅行者1号从外部拍摄了太阳系的全貌。1998年，它超越了先驱者10号（第一艘穿越小行星带的宇宙飞船），成为距离地球最远的、能与地球进行信号传输与接收的人造太空探测器。这个探测器的永恒使命是研究星际介质，它目前的速度约为每秒17.26公里。

太阳系的边缘 图源：NASA

在过去的两年里，旅行者1号一直处于太阳系的边缘或太阳风顶层。在这个区域内有从太阳向外运动的带电粒子，以平衡从星际空间向内流动的气体和尘埃。旅行者1号的探测仪显示，所有太阳风已经减弱，当前位置的太阳粒子处于静止状态。

旅行者1号离开太阳系，开启了星际空间 探索 的新时代，是太空 探索 领域的 历史 性事件。

参考资料

1.WJ百科全书

2.天文学名词

3. 胖头鱼- thetimenow

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