深空探测器之:Voyager(旅行者-1、旅行者-2)

20世纪70年代初，美国向外行星发射了两颗先驱者号探测器。为了更细致地研究木星、土星等大行星，美国研制了第二代“旅行者”号探测器。“旅行者”探测器比“先驱者”更加先进。它们发射重量为2016千克，到达木星时约为800千克。它们的外形呈环状十边形，带有直径达3.7米大型天线。主要仪器是广角及窄角电视摄像机、磁强计、宇宙线和等离子体测量仪等。“旅行者”装有16台小型发动机，可以精确调整它的姿态，从而能够更加细致地观测目标行星。1977年8月20日和9月5日，“旅行者”2号和“旅行者”1号探测器先后乘大力神-3E运载火箭离开地球，驶向遥远的外行星。它们的主要任务是详细考察木星和土星，以及它们的主要卫星。
由于运行路径有很大差别，“旅行者”1号后来居上，于1979年3月5日从距离木星27.8万千米处飞过，尔后又于1980年11月逼近土星。“旅行者”2号探测器于1979年7月9日在距离木星64.3万千米处掠过，并花了1年多时间于1981年8月20日靠近土星。由于这两个探测器性能优良，它们拍下了非常完美的木星、木星卫星、木星大气和旋涡照片，拍摄了土星、土星环及其卫星照片。对木星大红斑的拍摄照片对它的本质有发新的认识：木星大气有一个巨大的旋涡，红色、桔色、黄色、褐色、蓝色条纹时隐时现，交替变换。这个大红斑看起来象是静止的，实际上是绕粒状中心逆时针旋转的云团。大红斑之迷初步解开。“旅行者”1号和2号探测器获得了许多新的发现：木星有厚约30千米、宽度约5800千米的光环；它有长达30000千米的极光，波及到土星磁场的范围；它有多达16颗卫星；木星的卫星“木卫一”有9座喷发的火山，是火山活动最激烈、最频繁的天体，它的颜色特别红，比火星还红；土星的光环许多条，都可细分成数千条小环；土星有兆瓦级能量的强磁场、极强的射电辐射、多达23颗卫星，它有也大红斑等等。对土卫六这颗太阳系第二大天然卫星的观测也极富成果，它是唯一一颗有大气的卫星，表面阴暗寒冷，是液氮的海洋。原来人们一直认为它是最大的行星，但新的测量结果把原来估计的直径5800千米改写为4828千米，从而小于木卫三而屈居第二。“旅行者”2号拍摄的照片表明，它被橙色雾气笼罩着，就象一只大桔子。
1986年1月，“旅行者”2号探测器就近观察了天王星。它发现了天王星的10颗新卫星，从而将观察到的卫星数增加到15颗。1989年8月25日，它逼近太阳系第八颗行星----海王星，发现海王星有5条光环，还新发现了海王星的6颗卫星。此外，海王星还有宽4300千米的黑色风云带和巨大黑斑以及一个被轨道辐射带包围着的磁场。“旅行者”2号探测器对海王星卫星海卫一的考察更令科学家们激动不已：海卫一比过去所想象的更亮、更小、更冷，是太阳系中最冷的一个天体，平均温度只有-240℃，上面有冰火山，曾喷发过甲烷等冰类物质。“旅行者”1号在考察完土卫六后，完成了它的使命于1988年11月离开太阳系。“旅行者”2号稍晚也于1989年10月离开太阳系，朝天空中最亮的恒星天狼星飞去。
两个“旅行者”号探测器肩负着寻访地外文明的历史使命。它们各带有一套反映人类状况的镀金铜质声像片和一枚金刚石唱针，放在铝制盒内，可保存10亿年左右。声像片的116幅照片和图表基本上反映了全人类形态、工作、生活、文化、艺术、科学技术以及地球环境、自然界各种现象、生物、生态的概貌。录音带上有55种语言的问候语和各种自然现象的声音以及27首世界名曲的录音。它们作为地球的使者，携带表征和介绍地球与地球人的珍贵礼物，漫游于茫茫宇宙，期待能有一天与地外文明相遇。这个机会虽然说犹如大海捞针，十分渺茫，但地球人仍然对它们寄予厚望，期待到几十万年后会找到第一个知音。

飞出太阳系标准的争论

  

在上面的示意图中，弓形激波（bow shock）用橙黄色、弯月状的结构来表征；太阳风鞘（heliosheath）则为暗弱的蓝色泪滴状结构。

“旅行者”1号现已穿越了名为“激波边界”（termination shock）的区域，抵达了与之相连的太阳系的最终边界－－太阳风鞘（heliosheath），这是一个太阳风与星际空间稀薄气体交界的神奇地域。“激波边界”是太阳风在恒星间气体压力下减速的地带，科学家对其了解得还很少。一般认为，这一边界距离太阳有85到120个天文单位（1天文单位等于地球至太阳间的距离，约1.5亿公里）。在这个地带，太阳风从每小时100万至240万公里的高速急剧下降，其粒子密度更大，温度也升高了。科学家认为，由于恒星间气体压力变化，这个区域经常收缩或膨胀，很难清晰确定边界。

从2002年8月1日到2003年2月5日，科学家们从“旅行者”1号携带的高能粒子检测仪器上观察到了不同寻常的信号，表明它已进入了太阳系中与以往不太一样的区域，这导致一些科学家认为“旅行者”1号可能已进入了接近“激波边界”的过渡区域。2003年11月6日，根据“旅行者”1号发来的信号，一些科学家相信，这个航天器现已开始离开太阳系的“激波边界”而进入宇宙深处，但因为没有人知道“激波边界”的确切标志，也有部分科学家并不同意这个结论，认为它只是接近了这一区域而已。

这次，科学家们是根据两个特征一致判断“旅行者”1号已飞出了“激波边界”的。第一，去年12月飞船探测到周围磁场强度急剧增加，到现在磁场都维持在高强度上，这说明太阳风粒子的减速过程已经完成。第二，飞船探测到周围有等离子体波浪，这是“激波边界”内外太阳风速不同、使带电粒子来回振荡而导致的。

“太阳风鞘”状如泪滴，“旅行者”1号将从它最薄的地方飞出去，当它穿越“太阳风鞘”的外缘边界——“太阳风层顶”（Heliopause）之后，才算真正飞到了太阳系之外的银河系空间。科学家说，这可能还要几年时间。因此，科学家们现在特别热切地希望在人类第一个飞行器穿越太阳系边界的时候抓紧研究，以尽可能更多地了解我们的太阳系。

艺术家描绘的“旅行者”（Voyager1,2）飞船和太阳系外围几个特征区域。（名词说明：Bow shock 弓形激波、 Heliopause 太阳风层顶、Heliosheath 太阳风鞘、Heliosphere 太阳风圈、Termination shock 激波边界。）

“旅行者”1号的旅程是一个科学技术上的里程碑。这是人造飞行器第一次在宇宙中成功地飞行了140亿公里，大约相当于从地球到太阳的距离的93倍。如果不出意外，“旅行者”1号按计划在飞越太阳系“激波边界”后还要继续向另外两个重要的太阳系边界区前行。首先是“太阳风层顶”，它代表着一个太阳风不再存在、而由星际等离子体开始统治的区域；之后是“弓形激波”，这是完全由太阳光在宇宙空间“耕耘”形成的一个区域，弓形波犹如弓形船头劈水时掀起的水波纹，故得名。然后“旅行者”1号带着人类的梦想率先进入到星际空间。但是，到大约2020年左右，它的燃料将用尽，将无法再和地球进行通信联系。