能否讓離地球最遠的太空探測器活到2030年
旅行者1號探測器（Voyager 1）是離地球最遠的太空探測器，它目前距離地球247億公里，這裡已經是太陽系外。隨着設備老化和核電池衰變，兩艘旅行者號都出現了各種故障。科學家們正在努力讓這個發射於1977年，設計壽命5年，至今卻已在崗47年曆史的探測器堅持下去。
01
拯救失聯的旅行者1號
上個月，從10月16日到24日，旅行者1號在經歷數天的通信中斷後，啓用了43年來從未使用過的備用通信天線，重建了通信聯絡，目前地面團隊正在尋求解決方案，維持基礎通信的正常運行。
旅行者1號在幾十年的宇宙旅行中有不少部件受到了輻射損傷，而輻射損傷會降低這些部件的性能，通常工程師會按時打開部分加熱器解決，因爲熱量可以幫助部件逆轉輻射損傷，恢復功能。
10月16日，地面團隊發出指令，打開“旅行者1號”的一個加熱器。在事後的覆盤中他們確認，雖然探測器的核電池應該有足夠的電力來啓動加熱器，但這個指令卻意外觸發了故障保護系統。
故障保護系統的作用是根據電量自主調控以應對各探測部件之間的荷載問題。假如電力供應緊張，故障保護系統就會關閉與維持探測器飛行關係不大的邊緣系統，從而節約電力，保證探測器的基本功能。
故障保護系統這次下調了發射器發回數據的速率，這種通信低功耗模式消耗的電力較小。但這次啓動的低功耗模式意外中斷了X波段信號的發射。而X波段無線電發射器是幾十年來探測器與地球之間保持通信的唯一通道。
由於旅行者1號已經距離地球247億公里，就是用光速跑單程也要23小時，因此每個從地球發送的操作指令都要等兩天才能接到遙遠太空的反饋信號。他們在10月16日發出加熱指令，等到18日卻沒有收到預想中的迴音。此時地面團隊還認爲只是回饋延遲，但到了19日，期待中的信號一直沒能回來。NASA的地面團隊終於確定，他們與旅行者1號之間的無線電信號中斷了。
現在地面團隊通過當時的日誌分析，知道了在故障保護系統意外關閉X波段無線電發射器後，它根據幾十年前的預設程序自動切換到了S波段的無線電發射器用於維持聯絡。但是，在10月19日的現場，沒有任何一個人知道需要把接收天線調整到S波段，因爲知道這件事的人早已退休，甚至不少已不在人世。
爲了挽救旅行者1號，研究小組趕忙翻出積滿灰塵的說明書，這才知道程序會自動切換到S波段。其實，在16日進入低功耗模式後，故障保護系統又被觸發了兩次，這導致X波段發射器一直被關閉。
S波段發射器使用的電力較少，但是信號強度也比X波段的低得多。1981年，旅行者1號完成了土星和土衛六（泰坦星）的探測任務之後，藉助土星引力改變了軌道，筆直離開了黃道面（太陽系所有行星所在的平面），把探索太陽系其他行星的任務留給了旅行者2號。此後，旅行者1號因離地球太遠就再也沒有用S波段進行通信了。
雖然無法確認S波段發射器是不是真的開機了，但工程師還是把天線切換到S波段並設法對準了旅行者1號。10月22日，地面團隊在S波段上發出了一條指令。到了24日收到了回信，終於確認它的S波段天線能正常工作，而且信號強度也能滿足與地球之間的通信。
旅行者1號飛出黃道面
接下來，研究人員就要分析日誌收集信息，弄清楚究竟發生了什麼，並爭取讓旅行者1號維持工作。直到現在，觸發故障保護系統的原因仍未找到，可能要幾周後才能找到真兇恢復正常。
02
關閉等離子體傳感器
爲了節約旅行者2號所剩無幾的電力，延長任務壽命，地面團隊向旅行者2號發出了關閉等離子體傳感器的指令。9月26日，在經過38小時的等待後，地球收到了這臺儀器的最後一批數據。
麻省理工學院的工程師在1970年製造了這套實驗裝置。等離子體傳感器（Plasma Science Experiment,PLS）是用來測量太陽風以及行星磁層中的等離子體速度、密度和溫度的儀器。它由四個法拉第杯組成，三個指向太陽用於觀測太陽風流動；第四個指向與其他三個垂直，用於觀測來自行星磁層和日球層的等離子體。
法拉第杯是個連接着計數器的金屬杯子，可以測量射入杯中的帶電粒子。通過測量這些粒子的能量，科學家可以算出旅行者號遇到的太陽風、星際介質和氣態行星磁層中的等離子體的速度、密度和溫度。
科學家用這臺儀器發現木衛一的火山噴發出的硫和氧形成了一個等離子體星環。發現土星有充滿水和氧氣的磁層。在太陽系的邊界，儀器首次發現太陽風的速度低於了音速，同時密度和溫度增加。最後，在太陽系的邊界層，儀器探測到向太陽系外流動的太陽風完全靜止，標誌這裡就是太陽風與星際介質（LISM）的邊界。
2012年以後，科學家一直在用旅行者1號的等離子體傳感器測量太陽系外的等離子體密度梯度和壓縮性湍流，讓我們更多瞭解太陽系邊緣和星際空間的性質。
目前旅行者2號仍能測量銀河系宇宙射線、磁場和等離子體波。隨着核電池的動力源鈈衰變，可用功率每年都會減少4瓦，想要讓多數儀器平穩運行到2030年代中期，仍然是一個不小的挑戰。
3個指向太陽的法拉第杯，第四個杯子在左上角，垂直於其他杯子，它們共同測量太陽風
儀器的製造者們在第四個法拉第杯的收集板上刻下了自己的名字，這些名字的壽命會比地球還長
03
黃金唱片
除了科研儀器，兩艘旅行者號探測器都攜帶了張銅製鍍金唱片，裡面收錄了人類向外星生命發出的問候、各國音樂錄音、一部“地球之聲”，以及118張表現地球與人類的照片。唱片背面的圖案標定了太陽在銀河系的位置（左下角圖案是太陽相對於銀河系中心及14顆脈衝星的位置），所有數字都是以二進制表示，距離和時間都以氫原子自旋來標定（右下角那個像眼鏡一樣的圖案是一個氫原子內自旋躍遷的圖像）。
黃金唱片的背面
黃金唱片安在外面
04
與天地同壽的探測器
旅行者號計劃最初是水手11號太空船計劃的一部分，任務是用時四年探索木星和土星。當時剛好遇到了176年一遇的“九星連珠”，太陽系的多數行星都在剛剛好的位置，雙胞胎探測器只需少量軌道修正就能借助多顆行星的“引力彈弓”加速，只用不到一半的時間就能造訪木星、土星、天王星和海王星。
旅行者1號在造訪土星後，爲了仔細觀察在土衛六上新發現的濃密大氣層，讓它受到了額外的引力影響。科研人員只能臨時算出新的飛行軌跡——飛出太陽系，旅行者1號的任務也由探索行星，改爲探索頂部太陽風的邊緣在哪裡。
2011年2月，根據探測器回傳的數據顯示，它已經離開了太陽系邊緣的一層“過渡區”，進入了太陽系外的宇宙空間，成爲第一個飛離太陽系的人造物。接下來它將朝向銀河系中心飛行，3萬年後它會路過最近的恆星系。由於宇宙極爲空曠，旅行者大概率不會被恆星的引力捕獲。雖然探測器會因宇宙塵埃的微碰撞腐蝕，但這種情況會非常緩慢，黃金唱片的壽命會超過50億年，在50億年之後由於銀河系與旁邊的仙女座星系相碰撞，探測器有五分之一的概率被拋出星系，那裡的星際介質中連宇宙塵埃都很少，風化也將停止。那麼黃金唱片還能繼續存在數萬億年，直到宇宙毀滅那一天。相比在60億年以後會被太陽吞沒的地球，它將與天地同壽。
旅行者1號、2號的飛行路線和日程
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編輯｜張毅
審覈｜吳新
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