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旅行者二号【航天科普23】

2021-10-24 14:37 作者:ASPT-航天科普小组  | 我要投稿

人类之使者——旅行者二号的一生


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同样是起源于科学家们对于探测水星的向往,1965年,JPL的轨道工程师认识到,通过使用金星进行正确的引力弹弓,只需要少量的燃料就可以让探测器转向水星。水手十号的成功,更加燃起了科学家们探测外行星的兴趣。研究生Gary Flandro研究了其可能性,并发现20世纪70年代的后半期有很多通向外行星的机会。实际上,他发现20世纪70年代的后半期,外行星有序的排列在一片狭窄的区域内,只要通过一次发射,就可以一次性探测几颗系外行星。这种机会十分难得,每167年才能遇到一次。

最终,三个方案被确定下来,分别是:

1. 木——土——冥

2. 木——土——天——海

3. 木——天——海

从工程设计角度看,方案1、3的飞行时间较短,探测器更有可能在到达冥王星和海王星时继续正常工作。而显而易见,方案2可以飞掠更多的行星,在科研探测上拥有更多的吸引力,但其飞行时间更长,更为危险的是,方案2的弹弓路线必须要穿越土星星环,增加了与土星环物质碰撞的风险。

Gary Flandro最终把他的发现告诉了JPL首席科学家Homer JoeStewart,最终,此计划被命名为“大旅行”。

(JPL——Jet Propulsion Laboratory——喷气动力实验室)

旅行前的准备

1968年,NASA在仔细地计算了“大旅行”任务轨道的可行性后,才正式开始实施此计划,最终,JPL提出的“大旅行”方案如愿胜出,初始命名为温差发电外行星探测器(TOPS),拥有两组垳架,其中一组安装RTG,科学载荷则安装在另一侧。

如图,TOPS已经和后来发射的旅行者二号十分相似了

JPL计划设计四个TOPS,每两个分别使用方案1、3路线进行探测。

20世纪60年代,随着阿波罗登月经费的下调,NASA的预算也在急剧减少,更何况此时还有计划同期发射的海盗号探测器,正在研究的木星轨道器(即后来的伽利略号)。除此,空间科学委员会的科学家们还进行游说以建造一个大型空间望远镜(即后来的哈勃望远镜),更有着政府心心念念的航天飞机。多个大项目同时争抢着为数不多的经费。雪上加霜,空间科学委员会的科学家们也都认为“大旅行”计划过于冒险,经费也一定会超过十亿美元。在残忍的竞争下,“大旅行”任务的优先级降至最低,关于“大旅行”的计划被全部取消。

重新开始的旅行

仅仅在“大旅行”计划取消六周后,此计划又被恢复。JPL也给空间科学委员会提供了一个更加简单、可靠、廉价的任务建议书,并建造两个相同的探测器。另外距离发射时间还有五年,JPL有把握高质量完成设计任务。同年7月,NASA邀请科学家为科学载荷提出建议,最终在77个方案中,选出了九个科学载荷,最后又增加了第十个。

(实际上,当你听见167年才能遇到一次这样一次飞掠所有系外行星的窗口,无论是谁,都会认为这次窗口不容错过。这个“名号”,也是“大旅行”计划再次实施的重要因素)

设计早期,先驱者10号的木星飞掠为“大旅行”探测器的设计提供了重要参考,它对木星的探测表明,木星的辐射强度是我们预想的上千倍。探测器安装上了防辐射板,所有电子元件都设计成能够承受预期辐射的两倍。与此同时,科学家也计算了超过一万条轨道,选择出了最具可行性且最有探测意义的一条。其中土卫六(泰坦星,不是灭霸老家)、木卫一(伊奥)被认为是最有趣的卫星。

(事实上,两个探测器中,如果第一个探测器出色的完成了任务,第二个探测器也可以执行扩展任务——飞完土木顺便把天海飞了,NASA对此很感兴趣,但告诉JPL不要对外宣传,所以当时人们认为这只是一次土星和木星的探测任务)1977年,在流浪者、朝圣者、行星旅行号等多个名称中,最终选出了我们所熟知的“旅行者”这一名称。(实际上,曾经有过旅行者号火星探测器的计划,但后来被取消了)

旅行者的能力

旅行者号的主结构是一个十边形的铝制平台,直径1.88米,高0.47米,电子器件和系统都在舱内,并搭载一个直径0.71米的球型储箱,可以装上104千克的肼燃料,配合16台推力0.89牛的推力器以提供190m/s的Dv。而外部布置则和上文所提到的TOPS一致,科学载荷如下图所示:

RTG能在初期产生450W的电能,而探测器顶上的超大号高增益天线则可以在飞掠木星时提供115.2kbps的高传输速率。有别于以往的探测器,旅行者号采用了三轴稳定系统,不需要自转来保持稳定,它的天线可以总是指向地球,燃料也从过去的压缩氮气变为肼,极大地提高了推力器的效率。

人们所最为熟知的就是旅行者号上的金色光碟,保存着地外文明所能译出的消息,更有一个由超纯铀238打造出来的任务计时器,可谓是土豪加黑科技了。光盘中,我们可以听见地球之声:来自世界各地的语言、经典音乐、大自然的声音……有兴趣的可以点击下方链接听一听:

https://music.163.com/#/song?id=28631302

旅行,启程了

JPL建造了三个旅行者号航天器,分别命名为VGR77-1、2、3。一共有两个航天器将发射,剩余的一个进行替代。1977年,在把三个航天器运至卡纳维拉尔角之后,本将作为旅行者2号的VGR77-2航天器在测试中发现两台计算机出现错误,所以使用了VGR77-3进行替代。1977年8月20日,土木天海轨道窗口打开约三十天的时间。

随着引擎的轰鸣,大力神3E火箭搭载着旅行者二号在移动发射平台的支撑下缓缓向着发射台移动。大力神3E是在Atlas之后,航天飞机之前,一款具有强大运力的高轨运载火箭。它在大力神火箭传统的一二级上,搭载了强大的半人马D1-T上面级,但这还不够。为了到达木星,半人马上面级之上更搭载了一枚Star-37E固体火箭,帮助旅行者号飞往木星。

点火前,大力神3E火箭的一个阀门被卡住,幸好在发射前被即使解决。1977年8月20日14时29分44秒,旅行者二号开启了它的旅程!

迎着早晨的骄阳,旅行者号飞向了太空,进入了高度约180千米的近地轨道。在停泊轨道停留了43分钟之后,半人马上面级开始点火逃逸地球,关机后,旅行者二号开启了它的推力器以便调整姿态,与此同时,Star-37E上面级分离并进行点火操作。15时43分,旅行者二号分离,固定在Star-37E上面的其中两个支撑支架平稳展开。旅行者二号最终进入了近日点1AU,远日点6.28AU的日心轨道,并将在1979年7月到达木星。

(旅行者二号的发射时间是早于旅行者一号的,因为其轨道速度较慢,到达木星的时间比旅行者一号更晚,所以命名为二号而不是一号)

尽管各种展开机构和天线都顺利解锁,但唯独没有收到扫描平台展开到位的信号,但最终通过晃动的方式使之锁定。

旅行初期的困难

发射十天之后,旅行者二号开展第一次点火修正,但发现其推力值低于技术要求,这是因为发动机的遮挡比预期更加严重,只能提前每个机动节点的时间才可以有足够的燃料飞往天王星和海王星。此外,还可以让星敏感器对准天津四以减少光压对探测器轨道的扰动。旅行者二号的教训,给旅行者一号的完善工作提供了方向。

在旅途的过程中,工作人员也遇到了很多问题:抛掉红外光谱仪的时候姿态出现短暂时空,或者是粘合材料在太空中结晶导致光学仪器遭轻微污染。

粗心的是,在转移到木星的过程中,工作人员的注意力全部都集中在旅行者一号上,导致工作人员忘记给旅行者二号发射遥测指令。1978年4月5日,因为旅行者二号已经一个星期没有收到地面指令,根据预先程序,旅行者二号的计算机认为主接收器失效了,便切换到备用接收器,但备用接收器的频率跟踪环路的一个电容器失效,在多普勒频移和温度变化的影响下,接收器的接收信号在不断变化。半天之后,因为备用接收器也没有接收到任何信号,旅行者二号的计算机又把接收器换为主接收器,但又双叒叕出现了问题,主接收器激活不到三十分钟就遭遇电源短路。七天之后,因为主接收器仍没有接收到任何信号,计算机又自动把接收器换到备用接收器。幸运的是,科学家们开发了可由计算机控制的振荡器,并模拟了可能影响频率的各种情况。最终,旅行者二号回归正常。

旅途的第一站——木星

由于旅行者二号比旅行者一号更晚抵达木星,旅行者二号的任务主要是补充观测。另外对木卫二展开旅行者一号没有的近距离观测。

左图为旅行者一号的木星飞掠图,右图为旅行者二号的木星飞掠图

从图中可以明显看出,旅行者一号因为其更快的轨道速度而更早到达木星从而需要更低的飞掠高度以到达土星,所以者给旅行者一号提供了木卫一近距离飞掠的机会,但却不能进行木卫二飞掠。所以,木卫二近距离飞掠的重任就交给了旅行者二号。但一次惊奇的发现,使本来远距离飞掠木卫一的旅行者二号又把视线聚焦在木卫一上。

3月8日,旅行者一号的木星探测逐步结束。为了让导航能精确定位以飞向土星,旅行者一号在工作人员的操控下进行了一个华丽的转身,并开展对木卫一的长时间曝光以测量木卫一相对于其他恒星的位置。拍好的图像交给了导航工程师Linda Morabito进行研究,她必须尽可能多地找出恒星。但她惊奇的发现,木卫一的边缘出现一个隆起的地方,看起来像是一颗被遮挡了一部分的卫星,但她很清楚,这个地方不可能不出现卫星。

左图:木卫一边缘的隆起;右图:旅行者二号拍摄的木星图像

之后,她与同事们进行了深入研究。最后,一位来自成像组的成员宣布这是来自于木卫一边缘的一座火山喷发出的羽流。最后科学家们一共找出了八座活火山。这个发现也许是整个任务中最重大的发现——这是人类第一次在地球之外发现了活火山,解释了木星中硫和氧的来源。

左图:Linda Morabito展示她的发现;右图:最负盛名的洛基火山

1979年7月2日,旅行者二号第一次穿越木星的弓形激波。同时马上开始了对木卫一火山喷发羽流的搜寻。

7月8日,旅行者二在214930千米的高度飞掠了木卫四,对其进行成像,同时证明的木卫四的不对称性。这有利于进一步测量木卫四的体积和密度。

7月9日,旅行者二号迎来的最忙碌的一天。探测器在62130千米飞掠了木卫三,获得了红外光谱和紫外光谱。重头戏是木卫二,因为之前任务的轨道很巧妙“避”开了木卫二,这是探测器第一次近距离探测木卫二(近点205720千米)。木卫二的表面全部覆盖上了冰,一些地方像鸡蛋一样存在一些裂痕。几乎整个星球被成百上千长度的褐色裂纹覆盖。木卫二可谓是整个太阳系最平整的卫星,它的表面及其光滑,但还是发现了三个疑似撞击坑的深色斑点。木卫二的密度体积更高,这表明其中心可能有大量了岩石。一个小时内,木卫二从一个具有模糊斑纹的未知球体变成了太阳系中除地球外最有可能找到液态水的和生命的地方。

UTC时间,7月9日22时29分,旅行者二号以超过20千米每秒的速度穿过了木星的最近点,距离木星云层上方650000千米,随后踏上了前往土星的征程。两小时后,开展了一次长达76分钟的轨道机动,以瞄准土星交会。

从左到右分别是木卫二、三、四

旅途的第二站——土星

由于旅行者一号的土星高度更低,所以旅行者一号比旅行者二号早到达了土星九个月。在长时间对土卫六的观测中,人们发现它的体积很大,表面还覆盖着一层厚厚的大气——这极大的引发了科学家们的兴趣。1980年11月12日5时41分,旅行者一号从土卫六北极穿越,在轨道的指引下从土星北半球飞掠,在土星的强大引力下飞离黄道面,结束了旅行。(一个常见的误区:旅行者一号并不是因为土卫六的引力而离开黄道面的,虽然土卫六是太阳系中第二大的卫星,但是它对旅行者二号的引力弹弓效应在很高的相对速度下显的微乎其微。是因为飞掠土卫六的轨道必定会从土星南部地区经过,土星的强大引力把旅行者一号拉离了黄道面)

    旅行者二号的任务不同,它需要近距离飞掠土星,近距离穿越环面。并且开展大旅行的决定要求旅行者二号接近土星的轨道必须要经过土卫六轨道的北侧。其中最令人期待的是以87000千米的高度飞掠土卫二。

旅行者二号的土星飞掠示意图

1981年6月5日,旅行者二号开始与土星交会。其中一个观测对象是神奇的土卫八。8月21日,旅行者二号把注意力转移到土卫八上来。根据旅行者一号的探测,土卫八的是一颗“阴阳卫星”。它的后导半球是白色的,而前导半球是黑色的,这种阴阳分界极大的引起了科学家的兴趣。


土卫八的黑白两个半球

在8月23日,在旅行者二号最接近土卫八时,旅行者二号对其进行了成像,分辨率较好达到了18千米。虽然没有进一步的信息,但是仍在白色半球的一个撞击坑底部发现了黑色半球的颜色,这说明黑色物质有可能是土卫八内部产生的富含碳氢化合物的流体。土卫八的质量和体积说明其密度比内部是冰的卫星还要小,主要由甲烷、氨气(114514)、碳氢化合物组成。这支持了黑色物质是卫星内部形成的观点。但为什么只在前导半球覆盖呢?另一种说法是因为土卫八逆行的轨道,被微流星体撞击后溅射的灰尘倾向于螺旋上升而被土卫八的前导半球清理掉。

8月25日,旅行者二号到达了土卫六的最近点,其位置是观测土卫六北极冠状区域的极佳区域,同时也发现了土卫六南极可见雾霾层要比北极高约50千米。

因为没能继续收获关于土卫六的科学数据,科学家们把目光转向了土卫二。在旅行者一号的探测下,科学家们没有在其表面发现明显的撞击坑,也许也是一个和木卫二相似,充满发现生命希望的一颗星球。8月26日1时21分,旅行者二号来到了土星的最近点,距离土星云层101000千米。约20分钟后,旅行者二号来到了土卫二的最近点。在这之前,旅行者二号已经对其进行成像。远距离的成像表明土卫二的冰冻表面上仍有少量撞击坑,但在近距离成像上在大范围内几乎没有撞击坑。科学家们一共发现了6种地形。虽然没有发现火山口,但科学家们认为正是火山喷发把冰颗粒带到E环。

土卫二

紧张的时刻到了,旅行者二号马上就要穿越环面。虽然先驱者11号证明穿越土星环面是安全的,但旅行者二号仍然面临被意外撞击而损毁的风险。旅行者二号以13千米每秒的速度穿越环面,渐渐的,探测器受到了大量微米级尘埃的撞击。在尘埃的撞击下,探测器的姿态渐渐被改变,推力器进行了多次点火以维持姿态平稳,最后累计起来甚至向东加速了100米每秒的速度。这表明G环的厚度约为1500千米,比从照片中推测的大了不少。当地面重新接收到旅行者二号从土星背面重新出现后发出的信号,JPL的控制室里发出了震耳欲聋的欢呼声。

但随之而来的是扫描平台机构的故障,也许是因为穿越环面时受到了微粒的击打,扫描平台的俯仰控制出现了问题,如果无法修复,旅行者二号在天王星收到的科学数据将远少与预期。工程师们已经尽了最大的努力,但仍然没办法解决问题,旅行者二号只能通过推力器控制整器的姿态来让扫描平台对准目标。就这样,旅行者二号最后在土星高纬度进行成像,带着故障离开了土星。同时进入了一个偏心率3.21的日心轨道。旅行者二号将在1986年年初到达天王星。

幸运,还是不幸

在长达约十年的旅途间,旅行者二号从地球出发,即将到达天王星。他已经是一位孤独的旅者了,在土星的强大引力下,旅行者一号离开了探测的队伍。在这十年间,曾经争夺经费的对手——航天飞机,如今正要面临它的第二十五次飞行。但由于旅行者二号即将进入天王星系统进行探测,JPL试图让NASA推迟航天飞机发射的时间。但NASA考虑到这次飞行的重要性,最终决定不推迟发射。这是1986年的年初,寒冷的空气包围着整个卡纳维拉尔角,由于天气原因,航天飞机的发射还是遭到了推迟,这为旅行者二号的探测提供了测控资源。

终于在1986年1月28日,飞行代号为STS-51-L的挑战者航天飞机在卡纳维拉尔角起飞。在寒冷的发射台上停留了一段时间后,航天飞机右部助推器的O型密封环失效,火焰不断从缺口喷出,不断对脆弱的连接支架进行灼烧。巨大的固体助推器脱缰的野马般无情的击穿了氢氧燃料箱。起飞后76秒,氢氧燃料箱爆炸,挑战者航天飞机在超高的气动压力下被撕成碎片。整机七名航天员全部遇难。

旅行的第三站——天王星

随着旅行者二号接近天王星,这次的任务也进入到了扩展阶段。天王星相对太阳的距离是土星的两倍,光照强度也只相当于飞掠土星时的四分之一。为了能够正常成像,曝光时间增加了三倍,姿态控制系统也写入了新的控制逻辑以防止成像时间太长而出现拖尾现象。同时,地面上的深空网也进行了升级——联合了堪培拉两个34米抛物面的主天线和附近的帕克斯天文台的64米口径射电望远镜。由于天王星系统的极度倾斜,旅行者二号的天王星飞掠就像击中一个靶子一样,这也意味着旅行者二号没办法和飞掠土星、木星一样依次近距离飞掠多个卫星。科学家们把目光主要集中在不同寻常的天卫五身上。

尽管经过了两百多年的观测,天王星的质量还是被低估了百分之0.3,旅行者二号修正了轨道,在接近天王星的过程中,旅行者二号持续开展着对天王星的观测。可是天王星的表面几乎没有任何特征,显的十分乏味。1986年1月22日旅行者二号开始为期四天的近距离交会,在此期间发现了很多小卫星。1月24日,旅行者二号迎来了天王星交会过程中最繁忙的一天。

旅行者二号集中注意在大卫星上,由于扫描平台的故障,和天王星系统的极度倾斜。旅行者二号科学探测的世界很紧迫。旅行者二号会在365200 千米的距离飞掠天卫三,一个小时后以470600 千米的距离天卫一,几乎与此同时,在127000千米的距离飞掠了天卫一,有时间的话也会对天卫二进行探测。但重头戏还是最为奇特的天卫五。

在穿越换平面八分钟之前,旅行者二号到达了天卫五的最近距离——28260千米,这也是旅行者二号在整个旅行中到达的离任何星球的任何卫星最近的距离。传回的图像显示,天卫五是整个太阳系中所观测到的最为奇特的卫星,表现为火星上发现的山谷和分层沉积物、木卫三上的沟槽地表和水星上挤压断层的奇异组合。正如成像组副组长所说:“如果你能够将太阳系中的所有地质形态进行成像,并放到一个物体上,那么它就在你眼前。

从图中可以看到左下角巨大的同心沟槽,另外还有中间因为陡坡的急转弯而形成的十分显眼的“V“型区域,更有上方大片的撞击坑平原。在晨昏线上,可以清晰的看见巨大的悬崖。在某些地方,悬崖的高度甚至高达20千米,因为星球的低重力,如果你不小心从悬崖上掉落,那么就会体验到前所未有的十二分钟的自由落体。你可以通过手握两个小固推着陆,或者在十二分钟的人生思考后结束生命。

在撞击坑内,有时是明亮的,也或许充满了像天卫四一样的黑色物质。科学家对天卫五奇特景象的由来产生了疑问,并产生了两种解释:1、一次巨型的撞击让天卫五支离破碎,然后在引力的作用下又随意组装起来。2、陨石的撞击融化了地表,并导致间歇性的泥水上升到天卫五表面并重新冻结,产生了巨大的气泡,气泡缓慢下沉而创造出同心的褶皱图案。

因为飞掠的距离比较小,科学家们对天卫五进行的非常精确的测量,另外发现天卫五百分之30成分是岩石。

接着,旅行者二号在距离天王星心116000千米的地方穿越了环平面。尽管旅行者二号离已知最外部的环相隔至少60000千米,旅行者二号的等离子仪仍然探测到每秒钟30到50次微小颗粒撞击形成的“喷烟“。这表明在环外依然存在一个尘埃层。

17时59分,旅行者二号到达了相对天王星的最近点——距离天王星心107000千米,随之开展了掩星观测。旅行者二号还开展了一次极长曝光时间的成像,但没有发现任何一次闪电,甚至没有发现任何一次北极区域内的极光。

旅行者二号拍摄的天王星图像

天王星还证实有一个不同寻常的复杂磁场,磁场与自转轴的倾角约为60度。假设该磁场为一块条形磁铁,这意味这这跟磁铁偏移了三分之一个行星半径。

1月29日,旅行者二号最后一次穿越了天王星的弓形激波,再次进入到太阳风的领域,离开了天王星,并把它的太阳轨道偏心率提高到了5.81。踏上了前往海王星的旅程。时到如今,目前还没有任何一个探测器能够再次造访天王星。

挑战者航天飞机的失事让载人和无人航天的差别第一次如此注目。有些人建议,把新发现的天王星卫星以牺牲的七名航天员的名字来命名。但最后经过国际天文联合会的决定,航天员的名字为编号为3350到3356的小行星提供命名,而那位命名为那位女教师名字的小行星是3352号,是这七个小行星中唯一的近地天体。

旅行的第四站——海王星

1986年2月14日,旅行者二号开展了一次最大型的轨道修正,点火了2.5小时以上,消耗了24千克肼燃料,瞄准了海王星。

旅行者二号唯一能做的就是像飞掠天王星之前调整曝光时间,注入新的控制逻辑。所以为增加数据传输速率的大部分工作就只能在地球上开展。把主要的测控天线从64米扩展到70米,并安装了低温和低噪声放大器以提高其灵敏度。另外新墨西哥州的射电望远镜矩阵也参与进了测控工作。本来利用海王星引力能够在更近的距离飞掠海卫一,但是为了躲避环物质,无奈之下把飞掠海卫一的距离提升到了37750千米。在发现把海王星质量高估了百分之1.6之后,旅行者二号迅速修正了轨道。

旅行者二号海王星飞掠示意图

可以看到,旅行者二号将两次穿越环平面,然后在海王星引力的作用下转向海卫一,即海王星唯一的大卫星。探测海卫一也是海王星探测的重点之一。

由于对海王星的认识少之又少,旅行者二号的飞掠海王星之前做了充足完整的准备和灵活机动的安排。

在接近海王星的过程中,旅行者二号就已经对其进行大量成像,其中发现了许多表面特征,可以看到图像左边的大黑斑(风暴)和右下角的小黑斑,另外还有大黑斑下方的云层和小黑斑中间的明亮内核、红圈所示的“滑板车“。大黑斑每18.3小时转动一圈,而小黑斑更快,,为16小时,但”滑板车“更快,比小黑斑快一点点,所以被称为”滑板车“。

1989年8月20日,旅行者二号迎来了它发射的第12个年头,还有五天,它就要到达海王星的最近点,然后离开海王星,结束它的旅行。

1989年8月25日2时52分,旅行者二号第一次穿越的海王星的环平面,在这珍贵的近距离海王星探测期间,旅行者二号在海王星上观测到由主云层一下约50到75米处高空卷云投射而成的阴影。这也是首次在气态巨行星上观测到阴影。

3时55分,旅行者二号在离海王星心29240千米的距离飞掠的海王星,79分钟后,旅行者二号又再次飞掠了环平面。虽然在科学家的预期下,旅行者二号也必定会像穿越土星环平面那样受到大量尘埃撞击。但在其穿越星环前两小时就已经出现了尘埃撞击,并持续到穿越星环后两小时。在穿越过程中,撞击峰值甚至达到了280次每秒,但旅行者二号仍然平安度过了环平面。

在离开海王星近点两小时后,旅行者二号的注意力放在了旅程中要交会探测的最后一颗星球,海卫一。在科学家的预期下,海卫一应该拥有一层薄薄的大气层。但与之前探测的卫星不同的是,海卫一在图像中显示出一个与众不同的黄到粉桃色的精致外表。其南半球的大部分地区被氮冰覆盖,温度仅有38开尔文。在南极区域还含有大量的深色条带,并且叠加在原有地貌之上,这表明这是一个最年轻的地质现象,因此人们怀疑这是海卫一上的某种地表活动所导致的。最后科学家们意识到这是海卫一上的间歇泉。

海卫一的间歇泉示意图

由图可以看出,海卫一的间歇泉呈现黑色,它吸收了许多地表的含碳物质。地表上因辐射导致变黑的含碳物质,在吸收来自太阳的热量之后也极大地增加了底下氮冰的压力,从而导致间歇泉的爆发。这样的间歇泉羽流喷射甚至高达上千米,知道被高海拔气流影响发生偏移。这是除地球外,继木卫一的火山之后,第二个发现存在正在进行中的地质活动。从上图可以看出,下半部分形似哈密瓜皮,它是稀疏的多坑平原,被一些狭长的线条穿过。因为海卫一的逆行轨道,撞击坑主要存在于前导半球。

9时10分,旅行者二号到达了海卫一的最近点——距离海卫一心39800千米。在持续3分钟的无线电掩星中测出其表面压力仅为1.6Pa。另外还测出海卫一的密度和冥王星的密度相同,都为2克每立方米。关于海卫一如何被捕获的假说马上随之涌现。在几年前的研究中表面海卫一有可能是双星系统中的一员(类似于冥王星和卡戎的关系)。在以较低的相对速度进入海王星时,一个星球被捕获,另一个则逃离。

行者二号在海王星背光面对星环进行成像

亚当斯环拥有三个弧,但在此图中并没有呈现,因为左右两幅图是分别拍摄的。当左侧图像成像时,弧在环的右侧;当右侧图像成像时,弧在环的左侧。

8月28日,旅行者二号也在185倍海王星半径处离开了海王星系,10月2日,海王星交会正式结束。

在离开海王星之后,旅行者二号进入了偏向率为6.3的太阳轨道,偏离黄道面48度,几乎以恒定每年3AU的速度飞离太阳系,是飞离太阳系速度第二的探测器,仅次于它的孪生兄弟旅行者一号。在2015年,新视野号探测器也加入了这一旅程。

旅行者二号的日心距离和速度图

总结与展望

记得开篇的时候说过,空间科学委员会的科学家们也都认为“大旅行”计划经费一定会超过十亿美元,实际上,截止到海王星交会,包括探测器、发射和飞行管理,总共花费依然没有超过十亿美元,只相当于几次航天飞机任务的开销。

在旅行者二号探测期间,它的延续仍然受到许多方面的压力。因为在航天飞机失事后,美国的深空探测全面停滞。并且更因为经费紧张,在1978年到1989年间完全没有开展任何深空探测任务,这就导致深空网存在的唯一原因就是支持旅行者二号。如果不是卷入了空间十五中科学家和工业界发起的运动中,也许人们也不会知道旅行者二号到达天王星和海王星的报道。幸好在1989年,重飞后的航天飞机搭载麦哲伦号开展了金星探测任务。并且旅行者二号也给科学家们带来了大量的科学数据,使科学家们在探测贫乏的年代也有较好的收益。

即使离开了海王星,旅行者二号的任务仍未结束,它仍然向地球传输着粒子和场的数据,但随着时间的推移,旅行者二号RTG的发电功率逐渐下降。在发射时其功率为450瓦,到了20世纪90年代中期,发电功率只剩下338瓦(一个常见的误区,人们通常会认为旅行者RTG发电的功率变小的主要原因是二氧化钚的放射性衰变,其实主要的原因是因为将热能转化为电能的热电偶的退化)。根据预期,旅行者二号的粒子和场探测器还能坚持十年,而燃料能坚持到2034年。为了避免指令接收器在探测器关闭前失效,科学家们在其内存中储存了一段自主序列,会保障自身继续运行,校准仪器,传输数据,节省能源,并把天线指向地球。

1998年2月17日,旅行者二号关闭了扫描平台。

2018年12月,NASA宣布旅行者二号已进入星际空间,这是继旅行者一号之后第二艘进入星际空间的探测器。

2019年7月,旅行者2号在穿越星际空间时继续传回来自五个仪器的数据。

2020年3月,科学家们进行了天线的升级,在失联旅行者二号七个月之后重新连接。

也许在20000年后,旅行者将以3.3光年左右的距离飞掠半人马座,不知道那时候,又有怎样的旅行等待着他呢?

晚安,旅行者二号。

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