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探测器列传:15.木星之旅

2024/11/23
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科学史评话最新专辑

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People
播音员
主持著名true crime播客《Crime Junkie》的播音员和创始人。
Topics
播音员:本节目讲述了先驱者10号探测木星的历程,从计划的提出到最终取得的丰硕成果,展现了人类在行星探测领域的巨大进步。先驱者10号任务面临着诸多技术挑战,包括能源供应、姿态控制、长距离通信以及穿越小行星带等。为了应对这些挑战,科学家们采用了核电池作为能源,设计了独特的自旋稳定系统,并克服了长距离通信的困难。探测器携带了多种科学仪器,用于测量磁场、宇宙射线、紫外线、红外线等,并拍摄了大量的照片。先驱者10号成功穿越小行星带,探测到太阳风暴和激波,并首次近距离观测到木星的大红斑以及木卫二和木卫三的高反射率。此外,探测器还携带了一个镀金铝牌,旨在向外星智慧生命传递信息,这体现了人类对宇宙探索的热情和对未来文明的期许。先驱者10号任务的成功,不仅拓展了人类对太阳系的认知,也为未来的行星探测任务提供了宝贵的经验。

Deep Dive

Key Insights

为什么先驱者10号选择使用核电池而不是太阳能电池?

先驱者10号选择使用核电池是因为木星轨道距离太阳太远,太阳光太弱,无法为太阳能电池提供足够的电力。核电池利用钚-238的自发衰变放出热量,通过温差发电,确保探测器在远离太阳的环境中仍能获得稳定的能源供应。

先驱者10号的发射速度是多少?

先驱者10号被加速到14.4公里每秒,远远超过了第二宇宙速度(11.2公里每秒),使其能够脱离地球引力并飞向太阳系外。

先驱者10号如何稳定自身的姿态?

先驱者10号通过自旋稳定姿态,初始转速为每秒一圈,随后降低到每分钟4.8圈。这种自旋稳定方式不需要对准太阳,只需确保天线对准地球即可。

先驱者10号携带的核电池功率如何变化?

先驱者10号出发时核电池功率为155瓦,预计飞到木星时衰减到140瓦,30年后衰减到80%。然而,热电偶老化更快,预计只能提供60%的电力,导致仪器只能选择性开启。

先驱者10号携带的镀金牌子有什么意义?

镀金牌子旨在向外星智慧生命传递信息,内容包括氢原子能级图、地球位置、太阳系行星分布、人类形象等。设计者希望通过这些信息展示人类的存在和计时方法,并表达友好态度。

先驱者10号在木星探测中发现了什么?

先驱者10号探测到木星的辐射强度是预期的十倍,并拍摄了500多张照片,包括清晰的大红斑图像。此外,它还发现了木卫2和木卫3表面覆盖着厚厚的冰层,导致其反射率极高。

先驱者10号如何利用木星的引力弹弓效应?

先驱者10号借助木星的强大引力,绕木星拐了一个类似发夹弯的轨道,利用引力弹弓效应加速并改变方向,使其能够继续飞向土星,而不是成为绕太阳运行的人造行星。

先驱者10号在小行星带的探测结果如何?

先驱者10号在小行星带探测到的尘埃颗粒和微流星体信号频率很低,表明小行星带非常空旷,远非科幻作品中描绘的密集小行星群。

Chapters
本节讲述了20世纪70年代初,由于行星连珠的罕见天文现象,为行星探测提供了绝佳的时机,利用引力弹弓效应,可以节省燃料和时间,一次探测多个行星。
  • 行星连珠现象
  • 引力弹弓效应
  • 节省燃料和时间
  • 先驱者10号和11号探测器

Shownotes Transcript

1972年的3月3号,先驱者10号发射升空。这一次用的还是擎天神火箭+半人马座上面级。但是为了增加推力,在半人马座上面级上边又装了一个Star-37E固体火箭。用这个家伙完成先驱者10号的最后加速,就靠这东西临门一脚,足以把探测器送出太阳系。 火箭发射很成功,探测器被加速到14.4公里每秒远远超过了第二宇宙速度。11个小时之后,先驱者10号就已经路过了月球,由此可见这家伙飞得有多快。为了稳定自身的姿态,先驱者10号以每秒转一圈的速度快速旋转。等到三根拉杆伸出来了,转速也就降低到了一分钟4.8圈。这个过程符合角动量守恒。反正先驱者10号使用核电池,不需要太阳能电池,因此也就没有对准太阳的必要。只要轴线上的那口大锅能对准地球就行了,可以采用自旋稳定。 先驱者10号需要的总能量是100瓦左右。出发的时候,电池的功率是155瓦。根据计算,等飞到木星的时候,功率会衰减到140瓦,依然是富富有余的。30年后,大概会衰减到80%,但是用来把热能转化成电能的热电偶老化更快,估计只能提供60%的电力了,到那时候,仪器只能选择性的开启,无法同时开启了。不过呢,这已经远远超出了NASA当时的计划。NASA觉得能坚持两年就够用,当然时间长了更好。但是没想到坚持了那么久……

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