他是人類最偉大的太空旅行者，只有他造訪過海王星
拾遺物語
1977年的這次太空探索，為什麼至今無法被超越？
今天講述的這個故事，
是發生於1977年的一次天空探索。
這次太空探索太傳奇了，
以至於被譽為是「人類歷史上最偉大的太空探索」。
有多偉大？
我們至今無法超越。
我為什麼突然想講這個故事呢？
因為就在上個月，
美國航空航天局（NASA）發布消息：
「他已經成功飛越太陽日光層，正式進入星際空間。」
這個偉大的太空旅行者，
在經過41年的漫長跋涉後，
終於擺脫太陽的控制，
開始了偉大的星際旅行。
▲ 蘇聯第一顆人造衛星Sputnik-1
1
美蘇爭霸
二戰一結束，
美蘇爭霸就開始了。
1957年10月4日，
蘇聯通過洲際彈道導彈改裝的運載火箭，
發射了人類第一顆人造衛星Sputnik-1。
這一下，美國人慌了。
一個月後，蘇聯再發神威，
又成功發射了更大更重的Sputnik-2。
這一下，美國人更慌了。
為什麼慌？
「我們擔心的不是衛星，
而是送它上天的背後技術。
如果能夠發射這麼龐大的導彈，
他們就可以輕鬆發射熱核彈。」
美國人為此非常焦慮，
甚至造成了華爾街股市的大震蕩，
史稱「史普尼克危機」。
為了化解危機、緩解焦慮，
美國決定在1957年12月6日，大搞一次現場直播——發射人造衛星Vanguard TV3。
沒想到Vanguard TV3發射才幾秒，
就發生了猛烈爆炸，
美國政府顏面盡失。
時任美國總統艾森豪威爾氣壞了，
發誓一定要追上並趕超蘇聯。
於是在他的籌划下，
1958年7月29日，
美國成立了國家航空航天局（NASA）。
NASA成立後不久，
就制定了一系列著名的太空計劃，
水手計劃、阿波羅計劃、太空實驗室等等，
決定幫助美國在太空競賽中找回面子。
故事就從這裡開始了。
2
引力彈弓
這其中的一個計劃，
就是深空探索計劃——探索太陽系八大行星。
探索與地球臨近的金星水星，
雖然難度大，但不是不可能。
但要探索較遠的木星土星，
甚至更遠的天王星海王星，
那就成了「不可完成的任務」。
為什麼呢？
因為距離實在是太遠了。
憑藉當時的火箭助推技術，
人造探測器所獲得的速度，
到達海王星需要近40年時間，
就是依靠現在火箭助推技術
人造探測器到達海王星也要30年。
這對於急於見到成果的美國來說，這顯然是無法接受的。
「只有放棄探索天王星海王星。」
▲ 質量越大的星球，其引力彈弓效應越強
時間一晃就到了1961年。
這一年，美國數學家米諾維奇，
開始琢磨一個數學問題：一個從地球發射的航天器，在經過太陽系其他行星時會發生什麼變化？
米諾維奇通過反覆計算髮現：
「當航天器靠近一顆行星的時候，
會被它的引力所吸引。
由於行星本身就在高速圍繞太陽旋轉，
所以它就拖著航天器跟著它一起跑，
從而把自己的速度也傳給航天器。
只要航天器不被行星捕獲，
它就能疊加行星提供的額外速度，
從而以比原來大得多的速度被拋射出去。」
米諾維奇的這個發現，
就是物理學上著名的「引力彈弓效應」。
這個發現，
讓NASA的深空探索看到了曙光。
「在發現引力彈弓之前，
人類發射的航天器連火星也到不了。
而在此之後，
人類就有了探索整個太陽系的能力。」
▲ 弗蘭德羅發現了一條意義非凡的航線
1965年夏天，
加州理工學院研究生弗蘭德羅，
跑到NASA下屬實驗室去做暑期實習。
實習期間，他承擔了一份差事——計算從地球飛往其他行星都有哪些可能航線。
這份差事技術含量並不高，
所以很多人都不願意做，
但弗蘭德羅毫不介意。
弗蘭德羅在計算航線時，
突然開了一個腦洞：是不是存在一條可使航天器一次訪問多個行星的航道呢？
經過很多很多次計算後，
弗蘭德羅終於發現了這條驚人航線：
「我發現12年後，
也就是1977年的夏秋時候，
木星、土星、天王星和海王星，
都會運行到一個特別合適的位置。
如果在這個時間段內，
向木星發射一個探測器，
它會先被木星的引力彈弓甩向土星，
再被土星的引力彈弓甩向天王星，
然後被天王星的引力彈弓甩向海王星，
最後被海王星的引力彈弓甩向外太空。
憑藉引力彈弓效應，
一個探測器就可以同時探索四大行星。
而且，更重要的是，
探索的時間大大縮短了。
飛往海王星本來需要花40年，
但選擇這條航線，
就能把航行時間縮短到12年。」
▲ 旅行者1號
3
行星壯遊
弗蘭德羅的這個發現，
讓整個NASA都興奮起來。
「這種機遇，176年才有一次，我們必須抓住。」
於是NASA採納了弗蘭德羅建議，
決定實施「一次探索四行星計劃」，
並取了一個漂亮的名字——「行星壯遊」。
但這個計劃的成本實在是太高了，
需要整整10億美元。
但雄心勃勃的科學家們，
實在不願放棄這次機遇，
「決定設計四艘太空飛船，開啟這次偉大的探索。」
但這個計劃很快擱淺了。
尼克松當選美國總統後，
大幅削減了NASA的經費，
迫不得已，
NASA只得取消「行星壯遊」計劃。
但科學家們始終心不甘，
不斷地進行遊說，
終於在1972年打動了尼克松。
尼克松同意再次啟動該計劃，
但附加了一個條件：
「只能給2億5千萬美元經費。」
經費雖然大幅削減，
但有總比沒有強，
「建造四艘太空飛船的計劃，只得縮減為兩艘。」
這兩艘太空飛船建好後，
NASA組織了一次公眾投票，
美國民眾最後給兩艘太空飛船選了一個詩意的名字——旅行者號。
「他們將成為人類歷史上最偉大的旅行者。」
▲ 旅行者2號
4
更大野心
科學家們在設計兩艘旅行者號時，
悄悄地留了一手，
因為他們有著更宏大的野心：
希望兩艘飛船在完成探索四顆行星的計劃後，
並不就此終止任務，
而是繼續飛行，
飛出太陽日光層，
飛出整個太陽系，
去開啟前所未有的星際旅行，
去探索太陽系之外的星際時空。
▲ 核能供電
旅行者號雖然可以藉助引力彈弓效應，
並利用慣性持續在太空飛行，
但在進行變軌、
航道修正，
進行拍照、傳輸信號的時候，
還是需要很多能量。
但能量從哪裡來？
顯然不能單單依靠太陽能發電，
因為距離太陽越來越遠，
能吸收的陽光就越來越弱。
所以必須採用另一個辦法，
來保證旅行者號可以獲得穩定的能量。
科學家們經過一番研討後，
給兩艘飛船安裝了放射性同位素溫差發電機。
「這是一種可將鈈-238裂變產生的熱量轉換成電能的核電池。」
核電池
預計可以用到202x年，
「旅行者號飛出太陽系日光層，
耗光電能之後，
可依靠慣性穿過奧爾特雲，
然後飛向下一個恆星系。」
▲ 西屋時間膠囊掩埋儀式
5
金屬唱片
美國有一位非常著名的天文學家、科幻作家，叫卡爾·薩根。
1939年，5歲的薩根，
在參觀紐約世界博覽會時，
被一件事深深打動：「西屋時間膠囊」掩埋儀式。
西屋電器製造公司打造了兩個膠囊形狀的鋼化銅罐，
這個罐子非常耐腐蝕，
可以保存很多很多年。
然後西屋公司將該時代非常有代表性的一些物品，
如剃鬚刀、電話機、書籍等，
以及愛因斯坦的一封信
放入罐子，
再將罐子深深掩埋起來，
準備在5000年後打開。
西屋公司及科學家們有一個美好願望：
希望5000年後的人類或外星人，
打開這個「時間膠囊」後，
可以根據裡面裝著的物品，
來推斷5000年前的地球是什麼樣子、
到底住著什麼樣的一群人。
這個時間膠囊掩埋儀式，
像錐子般刻在薩根記憶里，
開啟了他對時間、對宇宙的興趣，
並引領他成為了一名天文學家，
「我長大了也想造一枚時間膠囊。」
▲ 卡爾·薩根
1977年初的某一天，
薩根突然接到一個電話，
電話是旅行者號項目組打來的：
「我們想給外星人發送一些可靠的信息，想請你來負責……」
薩根立馬興奮起來。
他召集一批專家，
成立了一個小型委員會。
然後大家開始思考一個問題：到底向外星人發送一些什麼信息？
顯然，不可能是真正的物品。
因為飛船非常小，
攜帶不了多少東西，
即便可以攜帶，
這些東西也無法保存上億年。
怎麼辦？
薩根想起了小時候看到的時間膠囊，
「能不能仿照這個方式，將信息錄入一個載體中？」
委員會的專家都很贊同。
但用什麼做載體呢？
當時流行的信息記錄技術是磁帶。
但磁帶顯然不行，
因為太容易受磁場和輻射干擾，
錄入的信息保存不了那麼長時間。
經過很多次討論後，
射電天文學家德雷克解決了這個問題：
「製作一張金屬唱片，
讓信息刻錄於其中，
這樣不僅易於外星人解讀，
蝕刻的信息也可以保存上億年。」
▲ 金屬唱片
然後薩根開始思考另一個問題：在金屬唱片上刻錄什麼信息呢？
最後薩根腦洞大開，
為了展現地球生命的多樣性以及地球上的文明，
他刻錄了很多聲音及圖像資料。
這些聲音包括：
風、閃電、海浪等自然界的聲音，
鳥、鯨等各類動物發出的聲音，
當然，也少不了人類的聲音。
薩根在上面刻錄了多種方言問候語，
其中有四種來自中國，
就是普通話、閩南語、粵語、吳語。
薩根還在上面刻錄了27首經典音樂作品，
其中有一首就是中國的《高山流水》。
薩根還在上面刻錄了115張圖片，
其中有一張就是中國的長城。
…………
製作完這個金屬唱片後，
科學家們又在唱片的封面上，
分別用數學和物理語言，
刻畫了唱片的播放方式，
以及探測器的發射時間，
並在上面標註了地球所處的位置。
最後，科學家們又在唱片一個2厘米區域
鍍了一層超純鈾238。
鈾238會穩定衰變為鉛206，
半衰期為44億5千萬年。
「外星人可以通過這個方式，
計算旅行者號飛越的時間。」
兩張相同的「金屬唱片」，
就這樣被牢牢固定在了旅行者1號、2號上。
▲ 旅行者1號和2號的軌跡圖
6
開啟旅程
1977年8月20日，
NASA成功發射了旅行者2號。
旅行者2號肩負的任務是：探索木星—土星—天王星—海王星。
1977年9月5日，
NASA又成功發射了旅行者1號。
旅行者1號肩負的任務是：探索木星—土星—天王星—海王星。
「行星壯遊」就這樣開始了。
兩艘旅行者號採用電磁波的形式，
傳回了一系列震撼人心的信息和圖片。
1979年2月13日，
旅行者1號拍下了木星和它的兩顆衛星。
左邊是木衛一，右邊是木衛二。
旅行者1號，
還拍下著名的木星紅斑。
那裡的風暴，
已經颳了400年。
充滿活力的雲帶，
以超過600千米的時速，
不斷繞著木星大氣旋轉。
1979年3月，
旅行者1號接近木衛一時，
捕捉到了火山噴發的照片，
這是人類第一次在太陽系其他天體上發現活火山。
1979年7月7日，
旅行者2號拍攝的結滿冰層的木衛四。
1979年7月9日，
旅行者2號拍攝的木衛二，
發現其結冰表面之下，
竟是全球海洋。
1979年7月
旅行者2號拍下的木星照片。
1977年9月18日，
旅行者1號在距離地球1166萬千米處，
拍攝的新月形的地球與月亮。
1981年8月，
旅行者2號拍下土星和它的4個衛星：
土衛三、土衛四、土衛五和土衛一。
1981年8月22日，
旅行者2號在距離土星400萬千米處，
拍下了土星的大光環。
1981年8月，
旅行者2號拍攝的土衛二，
它是一顆在表面冰層下擁有海洋的星球。
1980年11月，
旅行者1號回望土星時，
拍下了這幅土星及土星環的全景圖。
當時，它距離土星大約530萬公里。
四天前，它剛剛從土星邊上飛過。
1986年1月初，
旅行者2號近距離經過了太陽系第七顆行星——天王星。
美麗的天王星，
猶如天使的夢境般純粹。
這是人類目前唯一一次近距離拜訪天王星。
1986年1月25日，
旅行者2號拍攝的天王星，
當時它正離開天王星，前往海王星。
1989年8月20日，
旅行者2號在距離天王星約700萬千米，
拍下了這張海王星照片。
1989年8月
旅行者2號拍攝的海王星和海衛一，
當時它距離海王星大約486萬千米。
1989年8月24日，
旅行者2號拍下的海衛一。
旅行者1號和2號，
拍下了數以萬計的壯麗圖片，
在這裡就不一一列舉了。
▲ 冰層覆蓋的木衛二
這次「行星壯遊」，
獲得的重大發現實在是太多太多了：
第一次發現木星大紅斑是個反氣旋風暴。
第一次發現地球之外的太陽系行星存在活火山。
第一次發現竟然存在沿行星自轉方向逆行的大衛星。
第一次發現天王星竟被汪洋大海覆蓋，深度達8000千米。
第一次發現海王星磁場竟然沿赤道橫向分布。
…………
這樣的第一次實在是太多了。
關於這次「行星壯遊」的意義，
旅行者號計劃首席科學家愛德華·斯通，
說了這樣一句話：
「旅行者號的發現告訴我們，
僅僅根據地球來了解太陽系，
視角實在太過狹隘，
我們必須重新思考地球，
地球是如何演化的，
以及變化的潛力。」
▲ 旅行者1號
7
暗淡藍點
這次「行星壯遊」，
旅行者1號和2號非常想完成的一個任務，
就是探索土衛六，
也就是泰坦（Titan）。
因為泰坦擁有最接近地球的大氣，
所以科學家們想看一看，
這是不是一顆「史前地球」。
1980年11月，
旅行者1號終於接近泰坦，
沒想到泰坦大氣霧霾太過濃密，
旅行者1號無法看清其表面。
於是項目組決定：
「讓旅行者1號以極近距離掠過泰坦。」
結果近距離靠近後，
依然無法看清土衛六，
旅行者1號只好放棄對土衛六的探索。
但這次駛近土衛六，
讓旅行者1號受到了額外的引力影響，
它失去了藉助木星飛往天王星和海王星的機會，
只得離開土星後直接飛向太陽系外。
▼請把手機橫向觀看——旅行者1號飛行路線
於是旅行者1號完成土星任務後，
便開始向太陽系外飛去。
2012年8月25日，
旅行者1號終於穿過太陽風層，
進入寒冷黑暗的星際空間。
最後它將穿過奧爾特雲，
飛向下一個恆星系。
旅行者1號，就這樣成了人類第一個進入星際空間的人造物體。
旅行者1號現在距離我們多遠？
大約145AU，
即144個地球到太陽的距離，
即便是光，也需要行走20小時6分鐘。
▲ 這張「暗淡藍點」照片，在「太空看地球十佳照片」中排名第一
1980年，
旅行者1號完成土星任務後，
就關閉了攝像頭。
但幾年後，
薩根突然腦洞打開：希望旅行者1號到達太陽風邊緣時，再拍攝一次地球。
如果成功，
這將是人類最遙遠的一次回眸。
但薩根的想法沒得到項目組支持，
因為項目組不想再增加額外費用。
但薩根不死心，
他去懇求美國宇航局局長、海軍上將特魯利。
終於，他說服了將軍。
於是1990年2月14日，
也就是情人節那天，
旅行者1號重啟攝像頭，
在距離地球40億公里處，
拍下了這張「暗淡藍點」照片。
照片中那0.12像素的暗淡藍點，
就是我們生活的地球。
看到這張照片後，
薩根寫下了著名的一段話：
「細心再看，你會看見一個小點。
再看看那個光點，它就在這裡。
那是我們的家園，我們的一切。
你所愛的每一個人，
你認識的每一個人，
你聽說過的每一個人，
曾經有過的每一個人，
都在它上面度過他們的一生。
數以千計的自以為是的宗教、意識形態和經濟學說，
所有的獵人與強盜、英雄與懦夫，
文明的締造者與毀滅者，
國王與農夫、年輕的情侶，
母親與父親、滿懷希望的孩子，
發明家和探險家、德高望重的教師，
腐敗的政客、超級明星、最高領袖，
人類歷史上的每一個聖人與罪犯，
都住在這裡——一粒懸浮在陽光中的微塵。
…………
有人說過，天文學令人感到自卑並能培養個性。
除了這張從遠處拍攝我們這個微小世界的照片，
大概沒有別的更好辦法可以揭示人類妄自尊大是何等愚蠢。
對我來說，
這強調說明我們有責任更友好地相處，
並且要保護和珍惜這個淡藍色的光點，
這是我們迄今所知的惟一家園。」
▲ 旅行者2號飛行軌跡
8
旅行者2號
在完成海王星觀測任務後，
旅行者2號開始向太陽風層邊緣駛去。
2018年11月5日
旅行者2號終於飛出太陽風層邊界，
成為第二個進入星際空間的人造物體。
旅行者2號，
作為一個人造探測器，
一口氣探索了四顆行星，
這不僅是一種前所未有的壯舉，
更是一次里程碑式的太空探索。
再經過大約300多年，
旅行者2號將駛入奧爾特雲，
如果不發生意外，
再經過大約3萬年時間，
旅行者2號將駛出奧爾特雲，
飛向下一個恆星系。
很多年很多年以後的一天，
如果旅行者1號和2號，
有幸能夠被外星人截獲。
當外星人打開唱片時，
會聽到美國前總統卡特留下的一段話：
「這是一份來自遙遠而渺小的世界的禮物。
上面記載著我們的聲音、我們的科學、我們的影像、我們的音樂、我們的思想和感情。
我們正努力使地球的文明長久延續，
從而與你們的文明交匯。
希望有朝一日，
地球人能夠克服自己面臨的困難，
加入宇宙文明的大家庭。
這張唱片代表了我們的期望和決心，
代表了向廣袤宇宙發出的美好祝願。」
▼
喜歡，就給我一個 「好看」
※瀟洒的高冷玩不起，體貼的溫暖最長情
※一年一偶像，百年劉德華
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