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30年前,一位驴友拜访了海王

  去年年底,华裔导演温子仁执导、著名演员徐锦江主演的《海王》凭借其对海底世界的精彩刻画而广受好评。电影中亚特兰蒂斯王族的惯用武器三叉戟,则是本片一大麦高芬,尤其是亚特兰蒂斯族先王亚特兰王留下的传奇三叉戟,电影剧情正是围绕这一关键道具徐徐展开。

  说到三叉戟,熟悉西方神话故事的朋友一定不会陌生,这是统领海洋的海神的象征物,同时也是其标志性武器。

  虽说神话归神话,不过在现实中,我们确实赋予了一种事物以「海神」的称号,那就是海王星。海王星的英文名「Neptune」正是罗马神话中的海神。


海王星。图源 NASA

  自 2006 年冥王星被归入矮行星后,海王星就是太阳系中距离太阳最远的行星,其轨道半径是日地距离的 30 倍,阳光从太阳表面发出,以光速前进,也需要足足四个半小时才能抵达海王星。

  30 年以前的 8 月 25 日,是人类第一次,也是迄今为止唯一一次近距离造访这颗真正的蓝色星球,这样一次前无古人,后尚未有来者的邂逅之所以能上演,我们还需要追溯到更早的 60 年代。

  175 年一遇的良机

  今天距离海王星被正式发现已经过去了 170 多年,而我们在这 170 多年间和海王星仅有的一次亲密接触,得感谢一位「临时工」,是他的发现让我们免于错失 175 年一遇的良机。

  在 1965 年  (一说 1964 年 ),当时还在加州理工学院(Caltech)读博,有空就去隔壁喷气推进实验室(JPL)搬砖的博士生 Gary Flandro 注意到太阳系的四颗外行星,即木星、土星、天王星、海王星,将会在 80 年代呈现一种罕见的排布,空间上位于太阳的同一侧约 50°的范围内 。更关键的是,经过进一步的计算,Gary Flandro 意识到这样一种排布要在 175 年后才会再次出现。


图源。参考文献[1]

  外行人听着可能有点不明觉厉,而科班出身的 Gary Flandro 可谓是如获至宝,这意味着只需设计一条轨道,就能够用一艘探测器一次性拜访所有四颗当时人类未曾染指的外行星。

  20 世纪 60 年代,航天时代的大幕已然开启,继月球探测任务成功后,美苏两国又陆续开启了对金星以及火星的探测任务,但对于更遥远的目标,以当时的航天水平来说确实有些心有余而力不足,另外一方面则是忧虑任务时间跨度过长。

  所以在 Gary Flandro 之前,航天界对于外行星的探测并不热情,基本止步于初级的可行性分析阶段,没有人把外行星探测当成一种可以实现的目标去认真讨论。

  为期 12 年的「Grand Tour」

  Gary Flandro 的妙手偶得催生了后来大名鼎鼎的旅行者(Voyager)计划。10 年后才到来的发射窗口给了 NASA 足够时间设计线路。

  各方经过讨论与论证,最终敲定了两条线路:其中一条会经过木星、土星以及土卫六泰坦;另一条则会实现 Gary Flandro 当年的一个脑洞——依次拜访木星、土星、天王星、海王星,然后离开太阳系——这就是所谓的行星大巡回(Grand Tour)


两条线路。图源 NASA

  两条线路分别由两艘探测器实现,旅行者 1 号负责前者,旅行者 2 号完成后者。1977 年 8 月 20 日,旅行者 2 号率先发射升空 ,比旅行者 1 号还要早 16 天。


图源 NASA


图源 NASA

  可能有同学好奇为什么晚发射的探测器反而被命名为 1 号,这是因为稍晚出发的旅行者 1 号执行的是一条更省时的线路,会在路上超越旅行者 2 号,率先抵达木星。1977 年 12 月 19 日,旅行者 1 号超越了旅行者 2 号。


图源 NASA

  旅行者 2 号于 1979 年 7 月飞掠木星,比旅行者 1 号晚了 4 个月。2 年后,旅行者 2 号抵达土星。


旅行者 2 号拍到的木星与木卫一。图源 NASA


旅行者 2 号拍到的土星。图源 NASA

  飞掠土星后,就是旅行者 2 号的个人表演时间了,它将要代表人类第一次拜访天王星与海王星。1986 年 1 月,旅行者 2 号飞抵天王星,距离它飞掠土星过去了近 5 年,毕竟天王星与太阳的距离比土星要远上 1 倍。


天王星。图源 NASA

  与天王星的初次邂逅,旅行者 2 号就新发现了 10 颗天王星的卫星,并且传回了大量数据,包括天王星的磁场状况以及其暗弱的行星环。


图中可见天王星其中 9 个行星环。图源 NASA

  3 年半后的 1989 年 8 月 25 日,我们的 2 号「驴友」终于来到了海王星的跟前,此时距离它离开地球已经过去了整整 12 年。

  战地摄影师罗伯特·卡帕诚不欺我,旅行者 2 号此行发现了海王星 6 颗新卫星,拍到了海王星的行星环,以及位于海王星南半球的,被称作「大黑斑」的巨大风暴。


海王星的行星环。图源 NASA


大黑斑。图源 NASA

  用四十年走出自家小区

  海王星并不是旅行者 2 号的终点。拜访完海王星最大的卫星海卫一后,旅行者 2 号开始远离黄道面(即八大行星的公转轨道平面),并会在距离天狼星 4.3 光年的位置掠过……还是先别扯那么远,天狼星的事情得是三十万年后才会发生,要知道旅行者 2 号在去年才算是走出了自家小区门口。


旅行者 2 号的宇宙线探测仪显示飞船于 2018 年年末离开了日球层进入星际空间。图源 NASA/JPL-Caltech/GSFC 

  旅行者 2 号的经历,就像是一位打算去见识更大的世界的驴友,在走出小区的路上顺道拜访了四位邻居,后来又花了点时间(29 年),终于走出了自家小区。

  现状

  旅行者 2 号的服役时间已经超过 42 年,是有史以来服役时间最长的航天器。按照原有设计寿命(5 年)来算,探测器在飞掠土星后就属于超期服役,但各种设备在设计寿命之外依然保持着相当良好的状态。进入星际空间后,旅行者 2 号上仍有五种仪器可以正常运作,并持续不断地向地球传回数据。


目前飞船上仍在运作的几种仪器。图源 https://voyager.jpl.nasa.gov/mission/status/

  期待这位驴友继续带领我们发现更大的世界~


图源 NASA

  参考&拓展

  [1] David W. Swift. (1997). Voyager Tales: Personal Views of the Grand Tour. AIAA.

 

来自:
逐星基本法(ID:astrolaws)

作者:Johnson
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