探测器列传：16.先驱者11号
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上文书咱们讲到了美国的先驱者 10 号探测器这个探测器创下了很多个第一次比如说它是第一个进入了太阳系陶翼轨道的航天器它是第一个飞越火星轨道的航天器第一个飞过小行星带的航天器第一个飞过木星轨道的航天器第一个越过海王星轨道的航天器同时它还是第一个使用了核电源的航天器

这些记录呢并不是这一次航行就创建的而是随着时间的推移这探测器越飞越远啊这个他就创建了一大串的记录

先驱者 10 号的重量呢只有 200 多公斤这个探测器其实很小所以根本就没有办法携带足够燃料到木星附近来刹车也就没有办法进入环绕木星的轨道所以啊如果你想尽量多探测一下木星那就得尽量多绕半圈啊

因此借助引力绕的这个发夹弯啊它就非常的弯而且为了绕这个几乎 120 度的大转弯啊这探测器就必须尽量接近木星先驱者 10 号几乎就是擦着木星的高层云就拐了这发夹弯了正因为距离特别近所以拍的照片就比地球上用望远镜拍的照片要清晰多了废话呢人家飞了那么远呢

但是啊我要说但是这这个相机太差劲了那有人问呢这相机到底是多少像素的呢对不起才只有一个像素

这东西就是一个小口径望远镜口径一英寸还没有个眼睛片大的里边呢有一组分光镜啊这分光镜后边还有呢什么红光蓝光的绿光片还有呢这个光信号最后就被传递到了一个传感器上也就是说它只有一个像素

你单靠这东西吧它没法成像它只能测量偏振光那科学家和工程师们是怎么利用这么一个东西来拍照片的呢

你别忘了啊这个先驱者 10 号它是自旋稳定整个探测器它就像个陀螺一样在自转随着自转这小望远镜不就是在那扫来扫去吗也对周围进行一维扫描咱们只要再给它加个机械装置把第二个维度啊给它加上那不就 OK 了吗

所以这个望远镜就被安装在了一个转轴上它是可以快速摆动的配合探测器自身的自转就可以完成二维平面的扫描了信号数据经过处理以后木星上一个 300 公里大的区域对应着一个像素没办法这就是这台相机的极限了所以先去者 10 号发挥的图像只有 200 多像素乘 200 多像素

这分辨率放在今天呢它连个缩略图都不够但是对于当年来说这已经是最清晰的木星表面的照片了科学家们就是从这种照片上第一次看到了大红斑的结构那你可能奇怪呀这美国人咋就不好好装一台正经八百点的相机呢你非要装一这东西你装了一扫描仪上去呢

这个我就只能猜了首先是因为先驱者 10 号太小了它只有 200 多公斤因为受到火箭运载能力的限制它必须多加一个固体助推器才能保证这探测器一起步阶段就能达到太阳系的逃逸速度没办法

你既然多加了个助推器探测器本身就得减少点分量吧你得给那个助推器把这分量省出来吧所以探测器本身就没有办法造大另外这个探测器还要兼顾探测其他的数据呢探测个磁信号啊探测个电信号啊探测个带电粒子啊这些东西他都得记录

所以这个探测器本身就斤斤计较它最好是个多用途这个偏振光探测器它能一物多用既可以当照相机也可以用来测量光谱还是偏振光这当然就比较有优势了这个结构设计也算是非常巧妙了但是吧这照片看着它不过瘾啊

那你只有 200 多像素啊这清晰度太差了呀那没办法你就只能再多人几年啊这下一颗探测器先驱者 11 号跟先驱者 10 号那几乎是一模一样这照片质量想来也不会有什么提升的

你想过眼瘾呢那就只能等更后边的这个旅行者计划了啊那照片拍的还是不错的不过这是后话了这个先驱者 10 号拍了 500 多张照片然后用无线电发回了地球起码要 90 分钟才能收到地球的反馈啊我收到了这距离太远延迟太大这通信速度有极低啊

不过呢这次计划执行的还算不错了只是呢对木星磁层引发的辐射这个估计不太足这个通信受到了各种各样的干扰而且呢各种仪器全都爆了表了读不出数据读出来全是无穷大了这个探测器也收不到任何指令所以就恰好没有拍到木卫一的照片但是这个木卫四啊木卫三木卫二这都是拍到了的

这个先驱者 10 号在离开木星以后这奔着太阳系的外侧就飞过去了 1976 年这个探测器会路过土星的轨道但这次不凑巧土星恰好不在这个位置上

当时土星在太阳系的另外一次不过先驱者 10 号还是发现木星的磁尾是能够一直延伸到土星轨道的长度几乎达到了 8 亿公里比地球的磁场强多了我们都知道咱们这个地球还是拥有一个比较强的磁场的在太阳系也算是排得上号的

这个磁场就可以保护我们不受太阳风高能带电粒子的侵袭同样木星也拥有一个非常强的磁场从太阳方向来袭的高能带电粒子会冲击木星的磁场会在正面形成一个弓形波木星的身后会留下一个长长的尾巴这个尾巴就是所谓的磁尾

这整个形状有点像做试验的那个试管反正在这个区域内高能电子几乎就是进不来的地球的磁尾长度呢撑死了只有几百万公里但是木星的磁场实在太强了这个长尾巴这个长长的试管啊一直延伸到了 8 亿公里之外等于是一直延伸到了吐星轨道

在此之后呢这个先驱者 10 号就一直在往前飞然后这个核电池的功率呢就在不断的衰减越来越小了但是还是勉强能够支持工作就这么飞了 30 多年一直到 2003 年这先驱者 10 号在距离地球 122 亿公里的地方发回了最后的信号然后呢就没消息了这个信号呢足足花了 11 小时 20 分才传回地球

大家想想啊这是多远的距离了对于这么大的数字呢大家是没概念的这么说吧光从太阳的表面传到地球大概是八分钟多一点地球到太阳的距离被定义为一个天文单位缩写字母呢就是 AU

地球和太阳的距离是会变化的一开始 AU 这单位是个平均值后来干脆就变成一个固定的数字了但是基本上还是大差不差我们就当它是从太阳到地球的平均距离也就差不多了

那么好也就是说八光分就可以折算成一个天文单位如果光的传播时间是 11 小时 20 分那你算算相当于多少个天文单位了您自己算去啊我就不算了反正太阳系的引力范围大概是一光年这一光年跟 11 小时 20 分相比

这得是折合多少倍啊您自己去掂量你就知道太阳系有多大了总而言之先驱者 10 号对于航天界和天文学界来讲都是一个非常重大的突破但是很遗憾尽管它走得很远却没有办法遇到土星当时对于 NASA 来讲如何利用引力弹弓还只是初次尝试

拜访土星的任务呢就只能等到下一次的先驱者 11 号了不过呢这个先驱者 11 号比先驱者 10 号晚了足足一年多就是因为啊这个先驱者 11 号要实现一次拜访两颗大行星这轨道设计就更加的复杂了就在先驱者 10 号和先驱者 11 号之间咱们还得回头来讲讲这苏联人到底都在干什么

就在先驱者 10 号发射的同一个月苏联人发射了金星 8 号和 9 号当然了 8 号倒是发射成功了这 9 号炸了所以呢这个探测器它就不能叫 9 号了它只能叫宇宙 482 这就给了个编号

我们单说这个金星八号这个探测器和前几颗呢它是同一个批次长得都差不多探测器的目的也还是一样就是实现金星表面的着陆这一次呢金星八号对金星大气之中的横向风速进行了测量在 50 公里的高空啊风速大概是 50 到 60 米每秒

这个速度相当于地球上的 16 级台风的风速嘛这风刮起来是挺吓人的但是到了金星的地表这风速就已经很低很低了大概只有一米每秒在咱们这个地球上啊这个风速刚好是一级清烟随风偏啊也就是这个级别

但是在金星上啊这速度就已经是拍山倒海了您可别忘了啊这金星地表的大气密度可是地球地表大气密度的 49 倍还有呢这个金星八号对金星的云层进行了分析就发现呢这个云层里边是存在硫酸液滴的

这东西反射率极强可以达到 70%难怪这金星贼亮贼亮的当然了你反射率高嘛金星的地面上就接收不到多少光了所以呢金星的地面上的亮度啊跟地球上能见度一公里的那种大阴天特别像

反正你想拍照啊那效果不好它永远是一副光线不足的样子好这是金星方面的探测成果这个苏联人还惦记着月球呢我们顺便提一句这个时候美国人的阿波罗计划也已经接近尾声了他们接连发射了阿波罗 16 和 17 两艘飞船从此呢就再也没有人类踏足过月球了这登月计划就圆满结束了

再不结束美国的科研拨款都快花光了你还是得给其他项目留点经费所以这项目还是结束了比较好苏联人对月球还是很感兴趣他们发射了月球 21 号探测器这一次他们又弄了一个月球车 2 号带到月球上去了这个小月球车着陆过程还是比较顺利的很快就开始在月球上到处溜达了

这个东西的造型啊基本上就没变跟上个版本还是一样它长得还像个圆形的浴缸当然你要说它是那个大号的浴缸吧它小了点啊你要说它是抽水马桶呢它又嫌太大反正就是这么一个特别别扭的造型最后呢啊这月球车倒霉就倒霉在这马桶盖上大家还记得我们前面讲过的那个苏联月球车的结构吗啊

太阳能电池板是在顶上马桶盖白天都是打开的这样的话电池板就可以充分的晒到太阳电池板是完全水平的状态当月夜来临的时候这马桶盖就盖上保温这一次月球车二号的导航装置坏了好在苏联人从非官方渠道获得了阿波罗 17 号的勘测资料

这阿波罗 17 号的宇航员呢他里边有个地质学家他刚巧对这个地区做过探测对地形地貌他都是有记录的苏联人呢他也是神通广大你想想人家阿波罗 17 号刚回了多久啊这回了没多久这资料就外泄了

既然这个月球车的导航装置坏了但是咱们手头有自这个地方的勘测资料啊咱们就可以凭着摄像头啊咱走一步看一步只要慢点应该不出事啊导航的摄像头呢只能看前面他看不到后边

也看不见上面那个打开了盖的马桶盖你别说这苏联人造的月球车他溜达的还挺快他在上面溜达了四个多月跑了四十多公里他算跑得远了他一边溜达一边拍照结果这个月球车二号一不小心掉进医院石坑里头了他这个只能往前看他看不了后边嘛也不知道是因为车身一歪啊

那个马桶盖刚好铲在了陨石坑侧壁上啊铲下了一大堆松软的月壤正好就全全铲在那盖上要么就是因为轮子打滑了空转那扬起的尘土呢见到了马桶盖和那电池板上结果这一下马上就电力不足了嘛你毕竟是太阳能电池板上铺了一层沙子嘛结果这探测器呢就没有办法从这坑里爬出来

尽管爬不出来吧这月球车起码它内部还有电池嘛它还有反应后来呢这个月球的夜晚来临了那赵冠利啊这马桶盖自己就给盖上盖上保温嘛结果等这夜晚过去了啊这马桶盖打开盖了就盖上攒的那点尘土全给倒到电池板上了那还发个屁的电呢而且呢这些土还把那散热器给呼的给严严实实这月球车内部的温度它降不下来它散不了热

到此为止呢这月球车二号呢就彻底没救了只能结束这次任务啊这家伙在月球上溜达了四个多月也算是完成任务了吧从此这月球上就彻底安静下来了一直到 40 年以后才有一个挂着五星红旗的小兔子重新开始在月球上到处溜达不过这都是后话了

总之呢这个苏联人对金星和月亮他有执念因为他是在哪跌倒就得在哪爬起来然后爬起来以后继续跌倒呢继续爬这个循环往复的没完嘛所以呢对于外太阳系的探测你探测个小行星带啦你探测个火星啦你探测个木星啦那苏联人就始终是赶不上美国人的脚步我也不知道啊

这个苏联人怎么就对金星那么感兴趣啊他那种地域环境他有啥好探测的你花同样的钱把注意力转移到火星上那成果肯定就不止这一点了那苏联人也是倒霉嘛

金星这么恶劣的环境探测器下去以后都可以撑 50 分钟这个火星环境就好得多了呀苏联人的探测器基本上刚下去没多会儿 over 了刚下去没多会儿又 over 了这火星跟苏联人的纯属这八字不合呢没办法

到了 1973 年的 4 月份这先驱者 11 号就发射了这颗探测器基本上呢就和先驱者 10 号是一模一样的只是轨道有所不同首先上一次先驱者 10 号在靠近木星的时候遇到了强烈的辐射弄得这所有仪器设备都过载嘛甚至和地球的那个通讯都已经失去了联系弄得爱莫斯研究中心和承包商 TRW 公司的工程师心惊肉跳

当时真是吃不好睡不香当然了先驱者 10 号是比较幸运的到最后呢这些仪器都恢复读数了和地球的联系它也恢复了但它依然是损坏了一个光电管这东西太敏感容易烧现在看来呢木星的辐射带在赤道附近是最强烈的当然了木星本身是一颗流体组成的球它没有固定表面你也不知道那个厚厚的云层下边那些气体液体它是怎么流动的

怎么流动这些因素都对周围的辐射带它有一定的影响这先驱者 10 号恰好是因为这辐射带一波动它躲过一劫那么问题来了这先驱者 11 号是不是还要重蹈覆辙呢有没有办法咱不去辐射特别强烈的赤道附近呢咱去那两级不行吗

这个木星的两极从地球上几乎是没法看的它角度不对它横着科学家们总是对未知的领域充满好奇心这赤道的南北极咱没见过这回咱能不能见识见识咱搂两眼呢

但是吧这就有问题了呀如果你要去木星的两极这探测器它必定是斜着飞上去因为这探测器本来的轨道是在黄刀面上嘛你去南北极你得从黄刀面上蹦起来

你蹦起来绕过南北极绕过木星借助引力弹弓扔出来的时候这先驱者 11 号就不可能保持在太阳系的黄道面上了它必然会被木星扔出黄道面你可别忘了你下一站是要去土星你这种斜着飞出黄道面的轨迹最终还得借助太阳的引力才能重新落回到黄道面上

这根弧线就跟打乒乓球一样从木星这边弹出去只有到对面那个差不多对称的位置它才会重新落到桌子上也就是说那个时候土星恰好必须刚好运行到桌子对面这个点上这探测器才能和土星相遇所以这个轨道可就太特殊了呀那么美国人能不能完成这个复杂的太阳系弹跳之旅呢

从 1973 年 3 月份发射大概是 1974 年年底能飞到木星然后从木星的引力范围被扔出来穿过太阳系跳到另一侧然后和土星相遇还得再走五年时间这段路程是前所未有的漫长啊

另外先驱者 11 号到了土星以后还得面临一个选择到底要不要穿过土星环咱能不能穿到这个戒指的内侧咱贴着肉给土星拍张照片咱行吗当然除了面对这些难题科学家们也第一次感觉到哎呦呵啊这探测太阳系的旅程是个非常漫长的过程

探测器的计划呀原定是几年就结束但是执行过程之中呢有可能这几十年都不会 over 的你得准备好足够的经费预算来打持久渣了这是有很多事啊你只能把那探测器先发出去再说咱以后再规划

所以先驱者 11 号就这么发射了发射以后小毛病不断弄得地面操控人员挺闹心一开始放射性电源启动有问题哎呀你这电源出问题了最后是想办法震了震把那个拉杆给它拉出去最后这电源才启动了后来就是姿态控制推进器又出毛病这俩问题都解决以后就发现小行星尘埃探测器部分失效

你失效就失效吧那你还能怎么样啊难道叫回来保修啊那主要任务还可以执行那就说明啊这探测器还可以继续用嘛到了 1974 年的 7 月中旬先驱者 11 号就穿过了小行星带了随后探测器完成了一次变轨接下来就要冲击木星的磁顶层了这跟先驱者 10 号是一样的在进入木星磁层以后呢这个高能带电粒子就相对比较多啊

反正穿越这种辐射比较厉害的地段呢这个地面测控人员就开始提心吊胆的了好在呢并没有什么太大的麻烦啊这就穿过了这个公行波这一层就进入到了这个木星带电粒子比较少的部分了这种辐射带啊它不止一层啊最厉害的一圈就是靠近木星吃到的那一圈啊比较厉害

所以这一次先驱者 11 号尽量避开了赤道附近比较密集的辐射区拜访了木星的南极这一次就是绕着木星转发夹弯的方向和上次是相反的所以看到的景象也不太一样尽管如此还是遭遇了比较强的辐射咱们也比上次好一点这次也就是丢失了几张照片而已

科学家们看着从亿万公里之外发挥的照片人类第一次看到了木星南极的图像这一次先驱者 11 号比上次的 10 号贴木星表面还要低从云顶上方 4.3 万公里的地方飞掠而过有人说这 4.3 万公里还近呢没错因为木星的直径是 14 万公里这 4.3 万公里已经算很近了

先驱者 11 号连续拍摄了几百张木星南极的照片还为周围的四颗伽利略卫星拍了 200 多张照片反正拍照片是拍的不少了在木星强大的引力吸引之下这探测器绕过南极从下往上斜着绕过木星被扔出去了朝上扔的

引力弹弓效应呢其实引力只是个中介怎么介了它就怎么还回去其实真正提取的呢是木星的弓转动能只是借用的这点动能啊对木星来讲连拔杆毛都不算所以完全可以忽略不计这先驱者 11 号呢一拐弯就逐渐脱离了木星的引力范围地面的侧空人员又是一阵提心吊胆

因为进入木星引力范围遭遇的那些高能辐射层出去的时候它也会碰到只是顺序反了一反而已但愿这探测器别出毛病好了现在可以松口气了接下来还有五年的时间下一步就可以慢慢讨论到底要不要离土星环远点这是目前最重要的一个问题了

这就取决于对土星环你有多少了解因为距离太远了嘛土星环可就未必是你在望远镜里能看到的那几层那几圈

万一你决定好了我要穿进土星环内侧的轨道啊这个但是万一啊土星环最内侧还存在一层薄薄的地球上看不到的内环啊你这探测器穿内环的时候会不会撞上什么东西啊这个土星环到底是什么东西组成的密度如何你不知道你就敢往里扎呀是吧

所以这就不行了那你别说地球上还真的有人就在研究这个问题这二位就是 JPL 的理查德、哥德斯坦和乔治莫里斯这二位研究的领域叫雷达天文学尤其是这个哥德斯坦他被称为雷达干涉测量之父 1961 年他在加州理工读书的时候就利用哥德斯通的测空站对着金星发射过雷达波而且还真的接收到了从遥远的金星反射回来的信号

利用雷达波就可以测量金星的自转周期利用多普的效应当然了火星他们也没放过 1963 年他们获得了火星的雷达毁波后来他们还用雷达波探测过木卫三以及最近探测过土星环这二位恰好在 1972 年到 1973 年之间对土星环进行了雷达探测研究

NASA 的高层看到他俩获得的土星环的各种数据资料以后就做出了最终的决定咱们还是安全第一咱们还是离这个土星环远点那 NASA 的领导为啥做出这个决定呢我们下次再说科学声音