More  

小編的世界 / 優質文選 / 宇宙

222.34億千米外,舊飛船傳回64KB數據,發現系外太空充斥有害粒子


2021年8月29日 - 宇宙小編 / 頭腦風報 
 

頭腦風報

在宇宙中,有一個人造飛船正在孤獨的漂泊著,這就是著名的旅行者一號。人類為了探索更加遙遠的深空,將旅行者一號與二號從地面上發射,隨後旅行者一號便踏上一條遠離家鄉的不歸路。

作為一艘冰冷的無人飛船,它並不會感到孤獨,但每個人都能從它的身上感受到一種孤獨感,此時的它已經在太空中飛行超過四十年了。

旅行者一號

在漫長的飛行中,為了減少能源的消耗,它基本處於休眠狀態,只有到達任務地點時,會開啟能用的儀器,檢測數據,並將數據傳輸回地球。其餘時間,這艘速度最快的人類造物,其實與隕石也差不多。

在這幾十年的旅行中,它為我們探測了許多著名的行星,為科學家們提供了許多珍貴的數據,並且旅行者一號於2012年8月,正式進入星際空間,利用它身上的檢測儀器,收集到太陽系外的太空環境數據,結果卻是讓人大失所望。

神秘的外太空

旅行者一號如何去往星際空間?

首先進入星際空間並不是一件簡單的事情,旅行者用了35年才飛到太陽系的邊緣,但是要想逃離太陽系,旅行者一號必須先加速到第三宇宙速度每秒16.7公里,這並不是一件容易的事情。

實際上我們所說的第三宇宙速度,是相對於地球而言的速度,而地球相對太陽,本身就以30公里每秒的速度公轉著,所以實際上旅行者一號的速度相對於太陽要達到46.7公里每秒才行。

關於發射火箭,很多人應該都知道,燃料的重量往往占據整個火箭的90%,剩下的衛星只有5%左右的重量,只有這樣才有可能將飛船加速到 11.2公里每秒的速度,讓它擁有足夠的速度離開地球引力的束縛。

火箭發射

可是離開地球後,地球上將沒有任何物體可以追上飛船,所以當然也無法為飛船補充燃料讓它繼續加速。而且受限於燃料的重量,飛船的重量必然是能輕則輕,所以飛船上不會再帶有任何燃料。

那麼只有11.2公里每秒的旅行者一號是如何在沒有能源的情況下加速的呢?其實答案跟簡單,那就是借助龐大行星的引力。

木星與土星的質量是地球的十倍以上,它們的引力也比地球要高出許多,旅行者一號借助星球的引力,在它們的周邊旋轉加速,順便近距離收集這些行星的詳細數據,最後加速到16.7公里每秒後旅行者一號 就調整方向,向太陽系外飛去。

行星通過引力聚集起的環裝星盤

本來旅行者一號的目標是探測木星、土星、天王星和海王星的,但是在探測土星時,科學家對於土星的衛星土衛六十分感興趣,於是更改了它的探測計劃,專門探索了土衛六。

由於計劃的調整,旅行者一號沒有繼續探索土星之後的兩顆行星,並且它的速度已經加到了17.062公里每秒,於是科學家們操控它借助速度,離開太陽系黃道面,並從太陽系的薄弱面突破太陽的束縛。

在太陽的磁場下,幾乎所有物質都被固定在太陽周邊的一個是平面之中,其實就是天體圍繞太陽旋轉運動的區域,這便是黃道面。離開黃道面的旅行者一號大幅減少了撞上隕石的可能性,而且還能更快地到達太陽系的邊界。

黃道面概念圖

就像地球其實是一個橢圓形的球體一樣,太陽系其實也是橢圓形的,因此找對突破的方向,十分重要,方向要是沒找好那麼將要花費數倍的時間才能離開太陽系的範圍。

太陽系的邊界

說到太陽系的範圍,這就不得不說一下太陽系的邊界了,科學家們一直對於太陽系的邊界沒有一個統一的定義,因此關於太陽系的邊界,一共有三個定義。

以最遙遠的行星海王星為邊界,這是在宇宙中劃分恒星系的常用標准,在海王星運行軌跡以外的地方,都屬於太陽系外,這個範圍半徑大概有60個天文單位,大概是8.3光時的距離。

地球與海王星

所有的恒星系中,都會充斥著恒星散發出來的能量熱輻射,這就是我們常說的太陽風,在太陽風的保護下,宇宙外的危險射線都會被過濾掉很大一部分,因此科學家們基本認為太陽風保護的範圍之內,才能算是太陽系內部,這個距離比海王星繞遠能達到100個天文單位,大概是13.86光時的距離。

太陽對宇宙的影響並不是僅限於太陽風保護下的空間。太陽的重力影響範圍更加遠,在距離太陽10萬天文單位的奧爾特雲,就被太陽的引力影響而旋轉著,組成奧爾特雲的都是一些冰微行星,和一些比較輕的水冰、甲烷和氨氣等固體揮發物,而十萬天文單位,相當於1.58光年遠。

奧爾特星雲

旅行者一號攜帶的設備

而旅行者一號前往的邊界便是第二個邊界,現在它距離地球已經有222.34億千米的距離,從2012年8月到現在也在太陽系外飛行了八、九年之久,在這長達44年的旅行中,旅行者一號身上攜帶的設備已經有許多無法使用的了,現在能用的就只有磁場調查 (MAG)、低能帶電粒子研究 (LECP)等五個儀器。

這些儀器主要的功能則是收集宇宙中射線與物質的成分。在我們的想象中,宇宙天體之間的空間往往都是寂靜且空無一物的。但現實卻是,比起空無一物的真空世界,宇宙更像是一個暗流湧動的海洋。

宇宙射線

宇宙間充斥著各種各樣的物質,天文學家們將這些物質稱之為星際介質。雖然用肉眼或者照相機去看的話,我們大概率還是只能看到無盡的黑暗和似乎空洞的空間。但如果使用探測儀器,就能在星際空間中看到密布與空間中的粒子與輻射場。

旅行者一號將這些粒子與輻射的數據收集起來,傳輸回到地球上去,但遠在宇宙之外的數據並不像我們想象中的那麼容易傳輸。

宇宙輻射

數據的傳輸過程

在地球表面,我們發送任何信息,都可以使用手機或電腦,動動手指,對方設備就能立刻接受到我們信息。感覺上,現在信息的傳輸似乎已經能做到瞬間傳達,但實際上,即便在地球上,傳輸的信息仍舊會出現幾毫秒的延遲。

人類目前傳輸的方式就是利用電磁波和光纖傳播,這兩者的傳播速度都是光速,這也是人類目前通訊速度的極限了。因此旅行者一號與我們聯系,也要通過無線電波聯系。

接收無線電波

但是現在已經離我們222.34億公里遠的它,換算過來這個距離已經有20.6光時,也就是發送的信號必須經過20.6小時後,才能被地球接收到。

如果只是慢一點,那倒也沒什麼,重點是超長的星際距離會大幅度削弱旅行者一號發射出來的電磁波,因此我們只能建造一個超大的電波接收器,才能收到它發射的信號。

被削弱後的電波發送到地球後,只能攜帶十分少量的信息,目前旅行者一號與地球間的聯系速度,只有每秒160bit,這是什麼概念呢,我們常見的數據計算單位是KB,1KB等於1024bit,而在計算機語言中,1bit就相當於一個字節,也就是一個數字。

接受宇宙電波

如果我們以這個速度下載一首3MB的歌,那麼我們將耗費13天半的時間才能下完。因此旅行者一號傳輸的數據基本都是十分精簡的,旅行者一號檢測完宇宙空間的相關數據,也就傳播回64KB的信息。

通過這些數據,科學們認為,目前人類並不具備去太陽系外探索的能力。

太空中的有害粒子

從旅行者一號進入星際空間開始,它就開始定時地將檢測數據傳輸回去到地球,一開始由於人類接受信號的設備不夠強大,甚至還有一段時間無法接受數據,後來升級了設備後,終於重新與旅行者一號取得聯系。

根據旅行者一號的數據顯示,太陽風的邊界其實並不如我們想象中的那麼明顯,即便2012年8月旅行者一號就已經離開科學家們計算出來的太陽風邊界,但是檢測數據中發現,系外太空依然充斥著有害粒子。

宇宙輻射粒子構想圖

這意味著在失去太陽風的保護之後,星際空間中的環境將會變得十分惡劣。這些粒子對飛行器的破壞作用並不強,但是長期在粒子的作用下,飛行器設備的損壞速度將會加速,原定在2035年才會報廢的旅行者一號很有可能會在惡劣的環境中提前與人類失去聯系。

旅行者一號可能時日無多

在宇宙間,宇宙射線對人類最常見的破壞就是破壞遺傳基因的穩定,導致人癌變幾率增加,而且這些宇宙射線並不能完全依靠防輻射的方式阻擋。因為一些亞原子粒子實際上是有一些質量的,人類一點撞上這種高速運轉的粒子,就會像被一根原子般大小的針紮中。這會對人體造成直接的損害。

這一結果抱有極大期待的科學家們非常失望,因為這意味著人類離開太陽系的宏偉目標顯得更加渺茫。

太陽系

目前,科學家們已經開始著手尋找這些有害粒子的來源,分析這些粒子的屬性,想辦法找到能夠防禦有害粒子的方法。

多虧了旅行者一號的探測,我們才能對這種惡劣的情況做好准備,將來當我們有能力探索系外空間時,相信這些有害粒子將不再會是一個難題。

結語

但是比起這些已經發現的問題,那些還未發現的問題更加危險,如果我們一廂情願的以為宇宙中只有空蕩蕩的世界,而直接一頭沖進去,那將會導致悲劇的發生。

所以在真正探索之前,使用各種方法,盡可能地找到所有潛在的風險,然後想辦法規避風險,這才是最佳的方案。也就是旅行者一號這樣的無人探測機存在的意義,保障人類安全地去往更遠的地方探測宇宙。

神秘的宇宙總是引人遐想

未來人類要繼續發展,就必然只能向宇宙外發展,不然地球上的資源消耗完畢時,我們就只能從地球上窩囊地消失。在發展的過程中,我們也有可能找到除地球以外的生命和文明,屆時人類也將不再孤單。

主要類別

內容搜尋

熱門文章 - 閱讀