對(duì)于光速飛行的無線電來說,地球是個(gè)很小的地方,它一秒就能繞地球七圈半,然而一旦離開地球進(jìn)入廣闊的宇宙空間,光速就變成了龜速。
1977年發(fā)射的旅行者一號(hào),是目前距離地球最遠(yuǎn)的人造飛行器,227.6億千米外的它需要21小時(shí)才能把數(shù)據(jù)傳回地球,地面指揮中心的指令也需要同樣長的時(shí)間,才能傳達(dá)給旅行者一號(hào),一來一回就是將近兩天的延遲。
那么問題來了,從1977年發(fā)射至今,旅行者一號(hào)是怎么保證相隔數(shù)百億公里,還能精準(zhǔn)和地球聯(lián)系上的?
畢竟本身就在地球上的我們,生活中時(shí)不時(shí)都還會(huì)遇到信號(hào)問題,旅行者一號(hào)作為一架上世紀(jì)70年代的探測器,身上究竟有什么黑科技?
無線電波:宇宙信使
與今天形形色色的人造衛(wèi)星和探測器,大都采用太陽能電池板供電不同,旅行者一號(hào)用的是核同位素電池,也就是我們熟知的核動(dòng)力來供能,這樣才能保證它在光照稀薄的太陽系外側(cè),依舊有充足的能源開展各項(xiàng)工作。
和今天我們?cè)诘厍蛏贤ㄓ嶎愃疲罩械穆眯姓咭惶?hào)也是用無線電和NASA保持聯(lián)絡(luò)的,但因?yàn)闊o線電信號(hào)強(qiáng)度和引力一樣也遵循平方反比定律,所以現(xiàn)在旅行者一號(hào)發(fā)射的信號(hào)到達(dá)地球后,強(qiáng)度只有最初發(fā)射時(shí)的100萬億億分之一
為了盡可能保證通信不中斷,旅行者一號(hào)設(shè)計(jì)之初就把主體最大的部分做成了高增益天線,也就是我們現(xiàn)在看到的這一口直徑3.7米的“大鍋”,在超高精度陀螺儀的協(xié)助下,旅行者一號(hào)不論飛到哪里,這口鍋都會(huì)牢牢對(duì)準(zhǔn)地球方向。
然而僅僅對(duì)準(zhǔn)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,因?yàn)槁眯姓咭惶?hào)的無線電發(fā)射功率只有20瓦,數(shù)據(jù)傳輸速率更是僅有160比特/秒,NASA必須要在地球上架設(shè)“千里眼和順風(fēng)耳”,才能捕獲到旅行者來自200多億公里外的呼喚。
深空網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)
早在在20世紀(jì)60年代,也就是旅行者一號(hào)發(fā)射的十年前,NASA就開始建造一個(gè)名為“深空網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)”的天線陣列,
它們由若干口類似射電望遠(yuǎn)鏡的大鍋構(gòu)成,最大直徑70米,全球擁有三個(gè)站點(diǎn),在地球表面呈120度分布,這樣一來地球自轉(zhuǎn)也不會(huì)造成通訊盲區(qū),無論何時(shí)深空網(wǎng)絡(luò)都能收到探測器的信息。
今天的深空網(wǎng)絡(luò)除了負(fù)責(zé)聯(lián)系旅行者一號(hào),還在為其他遠(yuǎn)距離航天器提供服務(wù),比如日本的隼鳥2號(hào)就是借助了深空網(wǎng)絡(luò),才能順利在“龍宮”小行星上取樣返回的,不然早就失聯(lián)了。
漸行漸遠(yuǎn)的旅行者
科學(xué)家預(yù)計(jì)到2025年,旅行者一號(hào)的核電池就會(huì)完全耗盡能量,到時(shí)候它將徹底與地球世界失聯(lián),唯一能證明它身份的,只有鑲嵌其內(nèi)的鍍金圓盤唱片,里面不但存有人類文明的絕大部分信息,還有地球和太陽系的基本情況,以及相對(duì)于周圍脈沖星的精確位置。
由于唱片記錄的信息實(shí)在太過于詳細(xì),所以早在旅行者一號(hào)發(fā)射之前,就有人擔(dān)心它會(huì)引來外星人入侵,在《三體》火熱的今天,這種擔(dān)心似乎還有卷土重來之勢。
但這只是杞人憂天罷了
旅行者一號(hào)飛行速度只有16.9km/s,雖然超過了太陽系16.7km/s的逃逸速度,但在半徑一光年的太陽系里,旅行者一號(hào)的速度還是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的,至少還得飛3萬年才能離開太陽系,而3萬年后人類還在不在太陽系都不好說。
其實(shí)旅行者一號(hào)最后的結(jié)局,很可能是被未來人類重新捕獲然后放進(jìn)博物館,畢竟它的軌道數(shù)據(jù)是固定的,失聯(lián)之后也不可能發(fā)生改變,未來太陽系大開發(fā)時(shí)期,人類完全有能力找到旅行者一號(hào)并把它帶回來。