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距離地球233億公里,旅行者1號飛了46年,它為何還能和地球通訊?
2023/09/28

根據達爾文的進化論我們能夠知道,地球上的生命都是由簡單生物進化而來的,由最初的單細胞生物進化為多細胞生物,由多細胞生物進化為海洋生物,由海洋生物進化為兩棲生物,由兩棲生物進化為陸地生物,人類就是由陸地生物猿類進化而來的,在大約200多萬年前,猿類生物生活在地球上,當時地球上還生活著其它兇猛的生物,猿類生物為了能夠長久的發展下去,于是他們選擇了群居生活,這樣不僅僅能夠抵抗外來侵略者,還能夠促進大腦的發育,經過漫長時間的演化,猿類最終成功進化為人類,人類從誕生以后就開始不斷的研究和探索世界的奧秘。

人類作為地球上最有智慧的生命,從誕生以后就開始不斷的發展自己的科技,經過幾千年的科技發展,現在人類已經能夠走出地球探索宇宙,這說明人類科技發展的速度很快,在最近幾百年內,人類的發展速度越來越快,尤其是在人類進入工業革命之后,第一次工業革命是18世紀60年代從英國發起,是一次巨大的飛躍,開創了從手工到機械化,第二次工業革命是19世紀末到20世紀初,從蒸汽機到電氣化,科技技術的發展帶動了工業以及全社會的高速發展,第三次工業革命從20世紀40年代開始,原子、電子、微電子、航天等多個領域都取得了重大的進步,帶動了諸多領域的飛速發展。

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第四次工業革命從20世紀后期開始,量子、合成生物學,系統遺傳學和系統生物工程等多個科學體系高速發展,隨著人類科技的發展,人類對宇宙的探索也沒有停止,在1977年的9月5日,萬眾矚目的旅行者1號飛向了太空,而它也成為了第一個穿越太陽圈并進入星際介質的宇宙飛船,并且誰都沒有想到這枚探測器竟然在宇宙中飛行了40多年,并且成為了人類最遠的探測器,它是第一個獨自穿越太陽圈,并且提供了木星、土星以及土星環詳細照片的探測器,它為人類探索和認知宇宙之路提供了顯著的科研價值,如今旅行者1號憑借著核動力電池的續航能力,已經距離我們大約200多億公里。

在飛行前,旅行者1號還搭載了一張12英寸的銅質磁盤唱片,采用鍍金的鍛造工藝,并且配置了以金剛石為原料打造的留聲針,使得音質和內存得以保存幾十億年,這張唱片錄制保存了50多種語言和人類的問候語,以及各類音樂影像和人類圖像,試圖尋找外星文明并對外星文明進行交流和問候,在飛行了10多年后,旅行者1號向地球傳來了這麼一張照片,它讓航天事業起步階段對旅行者1號寄托著無限希望的人類科學家們,感到無力,這張照片是旅行者1號在距離地球65億公里外拍攝的太陽系全家福,從這張照片上,太陽系的八大行星只有模糊的幾個亮點。

我們生存的地球在這張照片上面只有0.12像素,地球被科學家稱為是暗淡的藍色小點,從視覺上幾乎是不存在的,人類看到這一幕后,心情久久不能平靜下來。

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我們賴以生存的家園,我們引以為傲的地球,在宇宙面前居然顯得如此渺小,要知道這只是距離地球64億公里的距離拍攝的,64億公里對于宇宙來說,根本不算什麼,著名的科學家卡爾薩根看到這張照片后不由的感嘆道:再看看那個光點吧,那是此地,那是家園,那是我們,你所愛的每一個人,你所知的每一個人,你所聞的每一個人,曾經存在的每一個人,都在它上面度過了一生,我們的悲喜交加,千百個自以為是的宗教、意識形態和經濟學說。

每一個獵人與強盜,每一個英雄與懦夫,每一個文明的締造者和毀滅者,每一個國王和農夫,每一對青春伴侶,每一對母親父親,憧憬的孩子,發明家和探險家,每一個品德崇高的教師,每一個貪污腐敗的政客,每一超級明星,每一個最高領袖,人類歷史上的每一個圣人和罪人,都住在這里——一粒懸浮在陽光中的微塵。

面對浩瀚的宇宙,我們真的無能為力,在拍攝完這張照片之后,旅行者1號探測器繼續朝著太陽系外飛去,在旅行者1號距離地球180億公里的區域,科學家發現了宇宙中存在大量的有害射線,經過研究得出,這個區域內帶電粒子已經降到了2.2,但是未知粒子卻增加到了2.4。

這意味著雖然太陽系輻射在這里的威力很小,但是宇宙射線卻遠遠超過了太陽系內的含量,這對人類未來飛出太陽系非常不利,在這片區域內,還存在大量的等離子體,它們被加熱所以產生了能量,當他們的能量增加到太陽引力無法控制的時候,就會隨著太陽自轉沿著磁場線螺旋流動形成了太陽風,太陽風能夠抵擋宇宙射線的侵入,形成太陽風的等離子體會和宇宙輻射相撞擊使得它們消散,同時密集的等離子體會阻隔斷大部分的宇宙輻射,根據科學家的研究發現,這些宇宙射線百分之90都是質子,百分之9是原子核,還有一些重元素,宇宙射線其實在誕生以后就存在了。

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我們的天體就是由這些微小射線和粒子組成的,在它們相互碰撞的過程中會形成更多的元素,而這些宇宙中的元素會慢慢形成天體,這些元素和射線就是構成宇宙萬物的微小物質,對于人類來說,這些輻射和射線危害很大,但是對于太陽系來說,這些輻射非常重要,除此之外,旅行者1號探測器還遭遇了高溫火墻,這個火墻的溫度高達49427攝氏度。可能很多朋友不知道太陽系的高溫火墻是什麼,一般來說,進入星際空間之后,就穿越到了太陽層頂,又被稱為日球層頂,這里是太陽風能夠達到的最遠邊界,也是太陽粒子的最遠區域,太陽風的威力非常強大,如果地球沒有強大的磁場,那麼地球大氣層很快就會被太陽風吹走。

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這個火墻是由高能粒子組成的,本身就具有非常高的溫度,而且飛船在飛行過程中還會產生摩擦力,摩擦力也能夠產生超高的溫度,不過目前旅行者1號已經安全的穿過了這個高溫區域,看到這里,可能有很多朋友會說,這麼高的溫度旅行者1號難道沒有融化?溫度其實是構成物質的粒子的振動動能,粒子振動越劇烈,溫度就越高。等離子體動輒幾萬度,甚至幾十萬,幾百萬度,然而如果它非常稀薄,比如一立方米只有幾百幾千個,甚至幾億,幾十億個,即使它把所有粒子振動的動能都傳遞給在它中間飛行的物體,物體獲得的熱量也很少,根本無法讓物體的溫度上升,更不可能燒毀飛行器了。

簡單來說就是雖然它的溫度達到了幾萬攝氏度,但是它的熱量并沒有達到那麼高,這里我們需要區分的是溫度和熱量,從微觀角度來說,溫度是由微觀粒子的熱運動快慢決定的,粒子運動的越快它的溫度就越高,粒子運動的越慢它的溫度就越低。

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這就相當于我們在100度的空氣中和100度的水中是完全不一樣的,所以旅行者1號探測器能夠穿越這片高溫區域,通過旅行者1號傳回的各種數據,科學家對太陽系有了更多的了解,看到這里,有一些朋友會說,為什麼旅行者1號探測器距離地球這麼遙遠,它還能夠傳遞信息?

現在我們很多的人造衛星和探測器,大多數采用了太陽能電池板,而旅行者1號探測器使用的是核同位素電池,也就是我們經常說的核動力,這樣能夠保證它在稀薄的太陽系外側,依然有充足的能源開展各種工作,和今天我們在地球上通訊類似,太空中的旅行者一號也是用無線電和NASA保持聯絡的,但因為無線電信號強度和引力一樣也遵循平方反比定律 所以現在旅行者一號發射的信號到達地球后,強度只有最初發射時的100萬億億分之一,為了盡可能保證通信不中斷,旅行者一號設計之初就把主體最大的部分做成了高增益天線,也就是我們現在看到的這一口直徑3.

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7米的「大鍋」,在超高精度陀螺儀的協助下,旅行者一號不論飛到哪里,這口鍋都會牢牢對準地球方向。

其實早在20世紀60年代的時候,NASA就已經開始建造一個名為「深空網絡系統」的天線陣列,它是由若干個類似射電望遠鏡的大鍋構成,最大直徑能夠達到70米,全球擁有三個站點,在地球表面呈現120度分布,這樣一來地球的自轉就不會造成通訊盲區,無論什麼時候都能夠接收到信息,而且旅行者一號搭載了兩套相互獨立的通訊設備,分別是高增益天線(High Gain Antenna, HGA)和低增益天線(Low Gain Antenna, LGA)。高增益天線是一個大型拋物面天線,其直徑為3.7米,可以實現高速數據傳輸。

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低增益天線則是一個小型全向天線,用于接收來自地球的指令和發送較低速率的數據。

旅行者一號通訊系統的無線電波信號由一個名為「行星際模式」的發射器產生。發射器將探測器收集到的科學數據和工程信息調制至無線電波上,并通過高增益或低增益天線發送。旅行者一號的信號傳輸分為兩個頻率:S波段(約2.3 GHz)和X波段(約8.4 GHz)。其中,S波段信號主要用于發送遙測數據,而X波段信號則用于傳輸高分辨率的圖像和科學數據。科學家考慮到信號在傳播過程中可能會受到太陽活動、大氣層等因素的影響,導致信號強度極低,為了能夠保證接收到有效的信號,深空網絡采用了一種名為相干接收的技術,能夠將收到的信號和預先設定的參考信號進行比較,從而提高信號接收的準確性。

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不過即便是這樣,我們接收到旅行者1號的信號也越來越少了,因為旅行者1號的電池即將用盡,預計在2025年,它將徹底和我們失去聯系,并且永遠的流浪在太陽系中,到現在為止,旅行者1號探測器已經在宇宙中飛行了46年的時間,但是它依然沒有飛出太陽系,曾經科學家認為,太陽系的邊緣在冥王星,但是科學家經過研究發現,太陽系的邊緣并不在冥王星,而是在奧爾特星云,只有飛出奧爾特星云,才算是完全飛出了太陽系,科學家通過計算得出, 按照旅行者1號探測器的飛行速度,想要完全飛出太陽系,至少需要上萬年的時間,對于人類來說,上萬年的時間實在是太漫長了。這意味著人類或許永遠都無法飛出太陽系。

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小編認為,雖然現在人類的科技有限,還無法飛出太陽系,但是人類是地球上最有智慧的生命,人類的科技在不斷的進步和發展,而且人類還會繼續發射更加先進的探測器,這些探測器對人類了解宇宙來說非常重要,只要人類能夠堅持不懈的努力下去,未來隨著人類科技的進步,人類一定能夠飛出太陽系,到時候我們就能夠知道,太陽系外是不是存在外星生命?在浩瀚的宇宙中,一定存在外星生命,畢竟地球都能夠誕生生命,那麼其它行星也可能會誕生生命,小編希望人類能夠早日實現自己的夢想,對此,大家有什麼想說的嗎?

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