旅行双曲线(航海家1号外太阳系探测器是什么情况)

旅行者1号（Voyager 1）是一艘无人外太阳系太空探测器，重815千克，于1977年9月5日发射，截止到2006年仍然正常运作。它曾到访过木星及土星，是第一艘太空船提供了其卫星的高解像清晰照片。现时，它是离地球最远的人造飞行器。它的飞行速度比现时任何人造太空船都较快一点，使较它迟一个月发射的姊妹船旅行者2号永远都不会超越它，即使在地球以比两艘太空船要高的发射速度送上太空的新视野号也如是。它的一生里曾受惠于几次的引力加速。旅行者1号现时已经进入太阳系最外层边界，并即将飞出太阳系，目前处于太阳影响范围与星际介质之间，距离太阳140亿公里（90天文单位或87亿英里）。

截至2007年4月4日为止，旅行者1号正处于离太阳15.18太米（即15.18×1012米或15.18×109 公里或101.4天文单位或90.4亿英里)，进入了日鞘，即介乎太阳系与星际物质之间的终端震波区域。如果旅行者1号最终在离开日球层顶后仍能有效运作，科学家们将有机会首次量度到星际物质的实际情况。依据现时的位置，太空船发出的讯号需要13个小时以上才能抵达它的控制中心，美国太空总署与位于加州帕萨蒂纳的加州理工学院合作的喷气推进实验室。旅行者1号在沿双曲线轨道轨道，并已经达到了第三宇宙速度。这意味著他的轨道再也不能引导太空船飞返太阳系，与没法联络的先驱者10号、已停止操作的先驱者11号及其姊妹船旅行者2号一样，成为了一艘星际太空船。

旅行者1号原先的主要目标，是探测木星与土星及其卫星与环。现在任务已变为探测太阳风顶，以及对太阳风进行粒子测量。两艘旅行者号探测器，都是以三块放射性同位素温差发电机作为动力来源。这些发电机目前已经大大超出了起先的设计寿命，一般认为它们在大约2020年之前，仍然可提供足够的电力令太空船能够继续与地球联系。

编辑本段任务概要

旅行者1号最初计划属于水手计划里的水手11号太空船，它的设计利用了属于当时的新技术引力加速。幸运的是，这次任务刚巧碰上了176年一遇的行星几何排列。太空船只需要少量燃料以作航道修正，其余时间可以借助各个行星的引力加速，以一艘太空船就能造访太阳系里的四颗气体行星：木星、土星、天王星及海王星。两艘姊妹船旅行者1号及2号就是为了这次机会而设计，它们的发射时间是被计算过以便尽量充分利用这次机会。亦拜这次机会所赐，两艘太空船只需要用上12年的时间就能造访四个行星，而非一般的30年时间。

旅行者1号在1977年9月5日于佛罗里达州的卡纳维尔角，被搭载在一枚泰坦3号E半人马座火箭上发射升空。刚好于旅行者2号在同年8月20日的发射之后不久。虽然发射时间较2号为后，但它却被发射进较快的轨道之中，让它又比2号快一点到达木星及土星。最初，因为在泰坦3号E火箭燃烧过程的第二阶段里出现了约一秒钟的燃烧不足，使地面的工作人员曾担心会使太空船因此而不能到达木星。后来幸好证实了在半人马座的上层仍有足够的燃炓燃烧。

拜访木星

旅行者1号发射后，首次在1979年1月开始对木星进行拍摄。在同年的3月5日离木星最接近，只距离木星中心349,000公里。由于在如此近距离略过，太空船在48小时的近距离飞行时间中，得以对木星的卫星、环、磁场以及辐射环境作深入了解及高解像度拍摄。整个拍摄过程最终于四月完成。

两艘太空船对木星及其卫星作出了不少重要发现，最令人惊讶的是在木卫一上发现了火山活动。这是当时并没有在地球上观察得到，就连先驱者10号及11号也未有观察得到。

拜访土星

在顺利地借助了木星的引力后，太空船朝土星的方向进发。旅行者1号于1980年11月略过土星，于11月12日最接近土星，距离土星最高云层124,000公里（77,000英里）以内。太空船探测到土星环的复杂结构，并且对土卫六上的大气层进行了观测。由于发现了土卫六拥有浓密的大气层，喷气推进实验室的控制人员最终决定了让旅行者1号驶近一点土卫六进行研究，并随之终止了它继续探访其余两颗行星。结果造访天王星和海王星的任务只得交予旅行者2号。这次靠近土卫六的决定使太空船受到了额外的引力影响，最终使太空船离开了黄道，终止了它的探索行星任务。

编辑本段星际探索

在离开土星后，旅行者1号被美国太空总署形容为进行星际探索任务。估计两艘旅行者太空船上的电池，均能够提供足够电力至2020年，供船上一部份的仪器操作。

年份 因电力有限而停止操作的功能

2003 停止扫描平台及紫外线观测

~2010 停止回转运作

~2010 停止资料终端就绪运作（只能以70米/34米天线阵来接收每秒1.4位元的资料）

~2016 终于仪器间共享电力

> 2020 没有足够电力起动任何单一仪器

日球层顶

旅行者1号正处于日鞘（Heliosheath）由于旅行者1号正向星际间的太空进发，船上的仪器将会继续对太阳系进行研究。喷气推进实验室的科学们正使用载于船上的等离子体波实验来验证日球层顶的存在。

美国约翰·霍普金斯大学应用物理学实验室的科学们相信旅行者1号于2003年2月已经进入了终端震波区域。但有些科学家在2003年11月6日的著名科学杂志《自然》上表示质疑。而在2005年5月25日早上，在新奥尔良举行的美国地球物理学会（AGU）一个科学会议上，艾德?斯托恩博士呈上了旅行者1号已于2004年12月离开了终端震波的证据"SH22A-01"。由于船上的太阳风检测器早于1990年停止运作，所以这次讨论在数月后仍未得出结论，只好期待其他资料到手为止。最终美国太空总署于2005年5月发新闻稿，说大家已经有共识旅行者1号正处于日鞘。[1]科学家们相信太空船会于2015年到达日球层顶，即太阳系的边缘。

旅行者2号是一艘于1977年8月20日发射的美国国家航空航天局无人宇宙飞船。它与其姊妹船旅行者1号基本上设计相同。不同的是旅行者2号循一个较慢的飞行轨迹，使它能够保持在黄道（即太阳系众行星的轨道水平面）之中，藉此在1981年的时候透过土星的引力加速飞往天王星和海王星。正因如此，它并没有像它的姊妹旅行者1号一样能够如此靠近土卫六。但它因此而成为了第一艘造访天王星和海王星的宇宙飞船，完成了藉这个176年一遇的行星几何排阵而造访四颗行星的机会。

旅行者2号被认为是从地球发射的太空船中最多产的一艘宇宙飞船。皆因在美国国家航空航天局对其后的伽利略号和卡西尼-惠更斯号等的计划上收紧花费之下，它仍能以强大的摄影机及大量的科学仪器造访四颗行星及其卫星。

编辑本段任务概要

旅行者1号最初计划属于水手计划里的水手12号太空船。它在1977年8月20日于佛罗里达州的卡纳维尔角，被搭载在一枚泰坦3号E半人马座火箭上发射升空。由于地面的工作人员太过全神贯注于旅行者1号发射时出现的问题，导致忘记了传送一个重要的启动代码到旅行者2号，使太空船关闭了船上的高增益天线。幸好地面的工作人员最终成功与船上的低增益天线取得联络，并重新启动船上的高增益天线。

1.拜访木星

旅行者2号在1979年7月9日最接近木星，在距离木星云顶570,000公里（350,000英里）处略过。这次拜访多发现了几个环绕木星的环，并拍摄了一些木卫一的照片，显示其火山活动。

木星是太阳系里最大的行星，主要由氢及氦组成，及小量的甲烷、氨、水蒸气和其他合成物。而中央则是一个由硅酸盐岩石和铁组成的核。木星上颜色多姿多彩的云层，显示了木星大气层里变幻莫测的天气。而木星亦拥因暂时为止最多的天然卫星共63个。木星的公转周期是11.8年，自转周期则是9小时55分钟。

虽然天文学家透过望远镜研究了这个行星好几个世纪，但旅行者2号的发现仍然为科学家们带来惊讶。例如木星大气层上著名的大红斑风暴被发现了是一个以逆时针方向转动的复杂风暴系统，同时亦发现了一些细小的风暴和旋涡。

而在木卫一上发现了活火山是另一样震惊科学家们的发现。这是因为科学们首次在太阳系的其他星体里发现了仍然活跃的火山活动。旅行者2号这次总共观测了木卫一上九座火山的爆发，亦证实了在两艘旅行者太空船的造访期发生的其他火山爆发。火山爆发造成的烟雾被喷射至离开木卫一表面300公里（190英里）以上的高空。而从火山爆发喷射出的物质速度更高达每秒一公里。木卫一上的火山爆发能量可能来自其与木星、木卫二和木卫三之间的潮汐力。由于这三颗卫星被锁定于拉普拉斯共鸣轨道上，即木卫一自转两次、木卫二就会自转一次；而当木卫二自转两次，木卫三又会自转一次。虽然木卫一总是以一面对著木星，但木卫二和木卫三让其产生轻微的摇摆。这种摇摆力量作用大得使木卫一弯曲达100米（330英尺），对比地球上却只有1米（3英尺）而已。木卫一上的火山活动亦影响了整个木星系统，它的影响力遍及木星的磁圈。硫酸、氧及纳显然地随木卫一上的火山喷出，并卫星的表面亦受到高能量的粒子影响而被喷溅。这些喷溅甚至到达了木卫一的磁圈边界，离开其表面数百万英里之远。

至于木卫二方面，从旅行者1号的低解象度照片中可以看到了其表面出现了踪横交错的纹理。最初，科学家们相信那些文理是源自地壳移动或地壳构造活动而成的裂纹。但其后从旅行者2号提供的高解象度照片却让科学家们感到懊恼，皆因那些特征却又欠缺了地形学上的轮廓。正如其中一位科学家形容说：“那些特征就像是一枝粗头墨水笔画上去一样”。造成如此的纹路，有可能是因为木卫二亦同样受到了潮汐力影响，使其内部出现了如木卫一百分之十或以下的摩擦力及热力。一般认为木卫二有一薄的冰造的地壳（少于30公里或18英里），下藏一个深约50公里（30英里）的海洋。

木卫三是太阳系里最大的天然卫星，其直径达5,276公里（3,280英里）。这趟旅程证实了木卫三上有两种明显的地形：多坑及多深构。科学家们认为木卫三的冰地壳正受到地壳构造活动等的张力影响。

木卫四地壳上残留的古老陨石坑则显示了很多被陨石撞击过的痕迹。最大的陨石坑显然地因地壳上的冰层移动而随时间被填去，因为在满布撞击痕迹的盆地上几乎没有任何显然而见的地形特征残留。这是撞击痕迹之所以被确认是因为剩下了较浅的颜色及留下了减退了的环形山。

木星被发现拥有一个暗淡而粉状的环。环的外边距离木星中心129,000公里（80,000英里），而内里的边界则距离木星中心30,000公里（18,000英里）。 同时，这趟旅程亦发现了木卫十五和木卫十六两颗细小的卫星，刚好在木星环的外围运行。而第三颗新发现卫星木卫十四则夹在木卫五和木卫一中间的轨道运行。

木星的环和其卫星都出现在其密集而满布电子和离子辐射带的磁场之中。这些粒子和磁场组成了木星的磁圈，向太阳方向伸延3至7百万公里，并伸延到至少到达土星的轨道，即7.5亿公里（4.6亿英里）之外。由于磁圈会跟随木星转动，磁圈会扫过木卫一并同时每秒钟剥去一公吨的物质。这些物质会形成一个在紫外光下才看见的环形离子云，这团离子云会向外移动，使木星的磁圈比正常的大出两倍。一些精力旺盛的硫酸和氧离子会堕进了这个磁场继而进入了木星的大气层之中，形成了极光。

当木卫一横过木星的磁场时，它就活像一个发电机，发展出400,000伏特的电压横跨其直径并同时制造出约3百万安培的电流，由磁场流到木星的电离层。

旅行者2号最终造访了木星好几天后离开，并对木星拍摄了很多照片。

2.拜访土星

旅行者2号在1981年8月25日最接近土星。当太空船处于土星后方时（相对地球而言），它以雷达对土星的大气层上部进行探测，并量度了气温及密度等资料。旅行者2号发现高层位置（气压相当于7百帕时）的气温为70 K（?203°C），而在低层位置（气压相当于120百帕）则量度出143K（?130°C）。北极会多冷10K，但仍会出现季节性变化。

略过土星后，船上的拍摄平台有点卡住了，使前往天王星和海王星的任务产生变量。幸好，地面的工作人员最终把问题解决，那是因为过度使用而令润滑油暂时耗尽。最终太空船仍是接到继续前进的指令，前往天王星。

3.拜访天王星

旅行者2号在1986年1月24日最接近天王星，并旋即发现了10个之前未知的天然卫星。另外太空船亦探测了天王星由其自转轴倾斜97.77°原故而独特的大气层，并观察了他的行星环系统。在这首次的略过之中，最接近天王星时只距离天王星的云层顶部81,500公里（50,600英里）而已。

天王星是太阳系里最三大的行星，它于距离太阳约28亿公里（17亿英里）的距离围绕太阳公转。其公转周期是84年，自转周期则是17小时14分钟。天王星的自转独特在于它实际上是倾倒在其轨道滚动，一般认为这个不寻常的位置是由于在太阳系的形成早期曾与一颗行星大小的星体碰撞过的原故。由于它的奇怪定位，使它的两极会分别接受长达42年的白昼或晚上，所以科学家们都不知道会在天王星上发现到些什么。

旅行者2号发现了其中一样因天王星的倾斜位置而对其倾斜了60度的磁场的影响，就是其磁尾因天王星的转动而被扭曲成为了一个螺旋形，出现在天王星的后方。不过其实在旅行星到访之前，人们对天王星拥有磁场并不知情。

天王星的辐射带被发现如土星的一样密集。辐射带里辐射的密集程度，会令光线把任何困在卫星或环里冰面上的甲烷迅速地（在100,000年以内）变暗。这样解释了为什么为什么天王星的卫星及环大部份都以灰色为主。

在日光直射的一极检测到一些高层次的雾，发现这些雾帮助散播大量的紫外光，这个现象称之为“日辉”。其平均温度是60K（-350°F）。令人惊讶的是，即使是被照射的一极和黑暗的一极，在整颗行星上的云顶气温几乎一致。

在五颗最大的天然卫星中运行轨迹最靠近天王星的天卫五，展示出它是太阳系中最奇怪的星体之一。当旅行者2号飞过时，从拍摄回来的详细照片中看到其表面上有一些深达20公里（12英里）的峡谷、隆起的断层和新旧年龄混合的地表。有理论指天卫五可能是把早期一些猛烈撞击后破裂的物质重新组合而成。

太空船同时亦观测了九个已知的环，显示出天王星的环与木星和土星的环截然不同。整个星环系统相对地较新，并非与天王星形成时一起形成。星环里的组成粒子有可能是一颗因高速撞击或被潮汐力撕碎的卫星碎片而形成。

4.拜访海王星

旅行者2号在1989年8月25日最接近海王星。由于这是旅行者2号最后一颗能够造访的行星，所以决定将它的航道调校至靠近一点海卫一，不再理会飞行轨迹，就像旅行者1号完成造访土星后不理飞行轨迹靠近一点土卫六进行研究一样。

太空船发现了海王星的大暗斑，后来在哈勃空间望远镜于1994年再次观测时却消失了。最初被认为是一片大的云，但后来却被认为是云层上一个空洞。

经过旅行者2号造访海王星后，冥王星是当时唯一一个仍然未被任何从地球飞来的太空船造访过的行星。但后来在国际天文学会重新定义行星后，冥王星被降级为一颗矮行星。因此，旅行者2号在1989年的略过，使太阳系中所有行星都至少被人造太空船探访过一次。

旅行者2号还飞向海卫一进行了考察，发现海卫一确是太阳系中惟一一颗沿行星自转方向逆行的大卫星，也是太阳系中最冷的天体。它比原来想像的更亮、更冷和更小，表面温度为-240℃，部分地区被水冰和雪覆盖，时常下雪。上面有3座冰火山，曾喷出过冰冻的甲烷或氮冰微粒，喷射高度有时达32千米。海卫一上可能存在液氮海洋和冰湖，到处都有断层、高山、峡谷和冰川，这表明海卫一上可能发生过类似的地震。海卫一上有一层由氮气组成的稀薄大气层，它的极冠被冻结的氮形成一个耀眼的白色世界。

5.离开太阳系

由于旅行者2号的探访行星任务已经完结，旅行者1号被美国国家航空航天局形容为进行星际探索任务，用以查找在太阳圈外的太阳系究竟是怎样的。一般相信旅行者1号已经2004年12月飞越了终端震波区域，现时正身处在日鞘之中。与1号不同的是，一般认为2号现时仍然未飞越终端震波。每一艘旅行者太空船均携带著一片旅行者金唱片，以备当太空船被外太空智慧生物捕获时可与他们沟通。唱片中载有地球上的映像及各种生物、一些科学资料和一首串烧曲“地球之声”。曲中收录了诸如鲸鱼、婴儿哭声、海浪拍打声及不同种类的音乐。

在2006年9月5日，旅行者2号正处于距离太阳80.5个天文单位（太约相等于12太米）左右，深入于黄道离散天体之中，并正以每年3.3天文单位的速度前进。在这个距离是太阳与冥王星之间的距离两倍，并比塞德娜的近日点较远，但仍未超越厄里斯的轨道最远处。

旅行者2号将会继续传送讯号直至2020年代为止。

编辑本段发现

20世纪70年代末，美国宇航局利用一次几百年一遇的罕见的行星排列机会“二箭四雕”，发射了“旅行者1号”、“旅行者2号”两颗外行星探测器。“旅行者1号”在飞过木星和土星后，完成了自己的绝大部分使命。而“旅行者2号”，则利用土星的引力，改变航向并加速飞往天王星，然后再飞往海王星。为此，设在南加州的帕萨迪纳美国宇航局喷气推进实验室的科学家，克服了许多困难。可以说，科学家们通过遥控技术，重新“组装”了一台探测器，调整了包括摄像机、动力系统和控制计算机，还有通信装置在内的大部分机载设备，并启动了设在美国、西班牙、澳大利亚的射电望远镜收发信号，这本身就是一个奇迹。1986年1月，“旅行者2号”飞到了天王星，在会合的24小时内探测器收集的资料，是自天王星发现以来人类获得的有关天王星的资料的好几倍。在此之前，我们仅知道，它是太阳系的第7颗行星，距太阳29亿公里，直径48000公里，主要由气体组成，自转轴倾倒于公转轨道面上，并且有6颗卫星。1977年发现了围绕天王星的几个光环。而现在，我们发现了天王星的10颗新卫星，新的环带和其他许许多多令我们惊奇的东西。首先，旅行者对天王星的近距离观测，显示天王星与地面观测相同，是淡蓝色的，这与木星和其他许许多多令我们惊奇的观测相同，是淡蓝色的，这与木星和土星是非常不同的，只是在其南极区略红一些，这是由于天王星大气的光化学烟雾效应造成的。另外，发现在天王星大气中各处的温度大致相同，为零下208℃，而在纬度30°的地方有一个神秘的冷圈，这使科学家们大为迷惑，他们原以为天王星的赤道应比极区冷8℃。因为，决定其气象过程的温度梯度应与“直立”行星相反。有关天王星大气的照片，经过电子处理，科学家们找到了4块云，并考察了它的流动速度，云的跟踪表明，天王星上的风全都沿着行星旋转方向流动，风速为161公里/小时，这明显违反大气中的一个基本定律——热风方程。

当行星的极区比赤道冷时，与行星旋转方向相通的正向风随高度的增加而加快。在天王星上，极区应比赤道热，风应当是反向即风的流速应比行星的旋转速度低，而这种情况并未发生，天王星上各处温度又几乎相同，所以，科学家们不得不重新构造天王星的大气模型。天王星的磁场观测显示，磁轴的取向与其自转有很大的夹角，大约为60℃左右，这与太阳系中人类已经探测过的行星是不同的。科学家们猜想，可能是天王星的卫星和磁层的相互作用导致了天王星磁轴“奇怪”的取向。磁场非常重要，因为要想了解掩藏在天王星云雾之下的天王星非气体部分的情况，磁场是唯一可以利用的信息。科学家们测定了天王星的自转周期，大约为17.3小时。

另外，对天王星卫星的探测也取得了许多重要的数据。最初收到的信号清楚地显示出了许多火山口。从天卫四往内，卫星离天王星越近，地质活动就越强烈；天卫三上有一条长长的沟槽；天卫一上则有很多仿佛刚结霜的浅色带状区域；而在天卫五上有奇特的明亮特征，形状与火山相似。只有在天卫二上没有地质活动的迹象，它一直保持着漆黑和呆滞的样子。后来，在发回的卫星拼图中，科学家们得以更仔细地研究天王星的卫星。天卫五好像流行歌曲的精华集，而不是专集，它集中了几乎太阳系中所有的地质特征！长长峡谷仿佛火星表面的大峡谷，一排排沟槽与木卫三表面相似，下陷的岩石又像水星压力断层，但最突出的3种特征以前从未见过，在卫星的边缘上有一系列的暗线，看起来仿佛是从侧面观看一堆薄饼，在其右侧有一个山形结构，它被狭长曲折的同心裂缝包围。更往右边，接近卫星的日照一侧的边缘，有一系列互相平行的沟槽，在一端一起垂直地拐弯，仿佛长方形赛马场。沿赛马场的一侧，有一个深深的狭谷，显露出高达数公里的一排悬崖峭壁。实际上，“旅行者2号”对天卫五提出的问题比其揭示的问题要多得多。有关天王星环的探测也获得了重大的收获。

天王星外观为单色，奇怪的是它的磁场轴与它本已偏斜很大的自转轴之间的偏斜也很大，使得它的磁层很怪。天卫一上发现了冰海峡，天卫五则是一个奇怪地形的拼凑物。发现了10个卫星及多于1个的光环。

与天王星比较起来，海王星的气候十分活跃，云的形状多种多样。一个光环上的光环弧成为一个个亮片。另外又发现其他6颗卫星，2个光环。海王星的磁场轴也很倾斜。海卫一外观如有角的放大镜，看起来有不少喷泉。

如果没有未预料的失败发生，我们将能在与它们保持联系，直到2030年。两架飞行器有大量的联氨燃料。旅行者1号的推进剂能使用到2040年，2号的能用到2034年。限制因素则在于RTG(放射性同位素热电产生器)。到2000年前，UVS (紫外线分光计) 仪器的动力将耗尽。到2010年，剩余的动力使得所有的场与粒子仪器无法同时工作。这时，一个能源共享方案将被执行，使得场与粒子仪器中的一些与另一些轮流工作。飞行器能在这状态下持续工作约10年。到最后，能量可能太少，以致无法正常维持飞行器的工作。

编辑本段目前状况

截至2006年4月为止，旅行者2号作?52.51°的倾斜及19.775时的赤经，指向望远镜星座。

而截至2007年3月27日为止，旅行者2号正处于距离太阳82.30个天文单位，每年以3.28个天文单位（约每秒15.56公里）的速度离开太阳系之中。有关旅行者2号的无线电追踪资料，可以参阅旅行者每星期报告。

2007年8月30日，经过30年的长途跋涉，“旅行者二号”飞船在离地球85个天文单位(1个天文单位是地球与太阳之间的平均距离即1.5亿公里)处对终止激波进行了就地直接观测，这是人类历史上第一次传回太阳系边缘的信息。

由于太阳风动压的变化和波动的影响，终止激波并不是静止不动的，而是沿径向来回运动，造成多次跨越“旅行者二号”飞船。通过对探测数据的详细分析，得到了新的重要发现：(1)一般而言，激波会将超声速(马赫数大于1)的流体变为亚声速(马赫数小于1)，而终止激波的下游仍然是超声速流动；(2)下游等离子体的温度比理论预期值低10倍以上。之所以产生与我们熟悉的激波特性的不一致的主要原因是由于星际介质中存在着大量的中性成分。 这些中性成分(主要是中性氢原子)与电离的太阳风质子通过电荷交换产生新生离子(Pickup Ions)。太阳风动能减少产生的能量大部分供给了新生粒子，只有少部分能量用来加热太阳风等离子体，从而造成终止激波下游太阳风等离子体的温度比预期值偏低，从而声速变小，导致终止激波的下游马赫数仍然大于1。随着“旅行者二号”飞船继续在日球鞘区内探索，越来越多的太阳系边缘的自然奥秘将被人类所揭示。