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科學報 科學文摘 宇宙

我們代表和平而來,先驅者10號上的鍍金鋁板,人類最遠的一封信


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更新日期:2022315
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1972年,也就是40年前的3月2號,在美國佛羅裏達州的卡納維拉爾角,一個叫先驅者10號(曾用名“先驅者F號”)的飛行器被成功發射了。作為人類首架克服太陽系逃逸速度的太空飛行器,它的赫赫功勞無可比擬。

*逃逸速度:一個自由物體脫離其受另外一個大質量天體重力影響所需要的最低速

在這段長達30年的漫長旅程裏,先驅者10號創造記錄的能力也在不斷更新。一不小心地它就成了第一架飛越木星並且捕捉到不少木星特寫鏡頭的飛行器;一不小心地它就成了第一架穿梭小行星帶,領攜我們探索外太陽系的第一架飛行器。

圖解:先驅者10號從佛州卡納維拉爾角空軍基地發射

依靠阿特拉斯-仙泰三階式火箭發射技術,先驅者10號已經可以做到不停靠地軌直飛木星。穿越時,飛行器還傳送回了不少關於這個巨大天體的寫真圖像。可惜的是,自2003年起,也就是在距離地球12億萬公裏外的遠方, 這位功臣徹底和我們失去了聯系。

先驅者10號 - “我的工作日志”

為了探索太陽系外部極為罕見的“行星聯珠”現象,早在1964年“行星大旅行”就已經啟程了。先驅者10號的發射,自然也歸為成就行星大旅行的其中一環。在對探索外太陽系的行星體做足大量推理和研究後,在控制所需推進劑量的費用到最低條件下,先驅者10號和11號也於1972和1973兩年間的某段良辰吉日,開始了自己的漫長旅程。

圖解:畫家筆下接近木星的先驅者10號

1969年,美國國家宇航局NASA批准了這次發射先驅者F和G號的任務。這兩架飛行器相繼更名為10號和11號。它們原屬於一個叫作“先驅者”的項目- 用於發號一系列從1958年起直至未來20年探索小行星帶和木星環境的太空無人任務。為了實現關於木星周圍輻射、流星群和小行星的批量化觀測和帶電粒子的特性研究等任務,先驅者飛行器同時也裝載了多達150件的科學儀器。

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圖解:先驅者10號(左)和先驅者11號、旅行者1號、旅行者2號的飛行軌跡

NASA管理此項目的艾姆斯研究中心於1970年簽約了美國天合汽企(TRW), 由其負責先驅者10號和11號的建造。本來依照原計劃飛行器將於2.17-3.29日間發射,以便於其在1974年的十一月份抵達木星。然而這個日子又因對通信重疊的擔憂,延期到了1973年的十二月份。

先驅者10號發射軌道的設計理念就是為了收集盡可能多的關於木星周圍輻射的信息,即使這麼做將帶來不同程度的系統折損。

飛行器的構造設計

飛行器發射時的稱重約為260kg。其主倉室是一個安放了八個科學儀器,深約36cm的上下六邊形。側面板長約76cm。旁邊還有一個裝載重達36千克的肼推進劑的球型槽。主倉的部件運行可以產生將近100瓦的熱量,因此一層用於熱控的鋁化聚酰亞胺絕緣層和聚酯樹脂層內置必不可少。燃料由三對肼推進器提供,每一對都有自己獨特的用途:一個協助維持轉速,一個控制高度 一個維持正面助推。

先驅者10號的操作動力來源於4台通過放射性同位素Pu-238衰變生熱的電動機。發動機與飛行器裏的各種儀器之間留有安全距離,並且燃料也被儲存在隔熱的太空艙內。發動機在發射時能提供155瓦的能量。到達木星時,耗能15瓦。盡管Pu-238的半衰期為87.7年,燃料實際生成的熱量要比預期少得多。2005年的總排放量也僅達到65瓦。這樣的減少,部分歸結於用於測溫的熱電偶元件的質量退化。

為了通信順暢,直徑9英尺(約2.74米)的高增益(高聚能)拋面鋁盤天線會一直保持面向地球, 並且數據也會通過S波段頻率(2-4GHz)傳送。

儀器元件

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先驅者10號攜帶著各式各樣便於觀測的科學儀器。例如:檢測宇宙射線的帶電儀,檢測從太陽發散出的太陽風粒子的四球等離子體分析器,收集關於宇宙射線粒子的能量範圍和組成數據的宇宙射線望遠鏡,研究太陽風和木星之間的磁場交互和輔助繪制星際間磁場圖的氦矢量磁強計,記錄小流星群對航天探測器的撞擊作用的流星探測儀,還有測定太空中和木星上氦元素和氫元素數量的紫外線光度計。

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圖解:先驅者10號上攜帶的人類向可能存在的外星人問候並表明我們在銀河系位置的鍍金鋁板

除了以上設備,先驅者10號還運送著一塊用金子電解陽極氧化過的鋁板。這塊鋁板上記錄著關於我們這個星球的信息,以防出現探測器被其他存在於宇宙中的高等生命體攔截的情況。值得一提的是,板上刻畫著男人和女人裸體圖像,還有一些其他的可以用來表示這輛探測器從何而來的符號信息。

表彰總結

先驅者10號是有史以來第一架飛離火星軌道的飛行器,同時穿過了小行星帶,盡其所能靠近木星。在經過木星的前前後後,先驅者10號收集到了關於能量粒子輻射、木星磁輻射和黃道雲的塵量數據,傳送回了上百張木星和木衛的照片,測量並返送了木星大氣的測量結果。基於這些數據,科學家識別出了存在於木星磁場中的等離子體。還特別發現木星長達8億公裏的強大磁尾,完全涵蓋木星到土星之間的距離。

參考資料

1.Wikipedia百科全書

2.天文學名詞

3. thetimenow- Gene6

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