天文史上的今天 | 飞向繁星：旅行者2号发射升空|163

欢迎关注微信公众号：“星空早知道”

1977年8月20日，旅行者2号飞船发射。注意，这是两艘旅行者飞船中首先升空的一艘。另外，1975年的8月20日，“海盗1号”发射升空。

1977年8月20日，“旅行者2号”探测器发射升空

来源：NASA

1972年12月19日，随着阿波罗17号返回舱在南太平洋洋面上安全降落，人类载人航天的一个黄金时代结束了。

这背后是政治，经济以及政府政策优先方向的改变。但这并不意味着人类太空探索历程的结束。其中1977年发射的两艘“旅行者”（Voyager）飞船，跨越整个外太阳系，就像是20世纪的麦哲伦，或者哥伦布，极大地开拓了人类知识的疆界。而更加不可思议的是，在时隔40多年后的今天，“旅行者”飞船的故事还在继续。

阿波罗17号，人类最后一次飞到地球轨道之外，一次绝唱，然后，戛然而止

来源：NASA

此君名为格雷·弗兰德罗（Gary Flandro，1934~），他在1960年代通过计算发现，1970年代后期将出现探测外太阳系行星的绝佳机会

来源：wiki

促成美国宇航局发射两艘旅行者飞船的背景是上世纪70年代出现了一次罕见的机会，外太阳系的几颗相距遥远的行星之间出现了非常特殊的排布，有可能实现让一艘飞船先后飞过多颗外太阳系行星，以取得事半功倍效果。这样的机会每隔176年才会出现一次，十分难得，真正的百年难遇。

1977年8月20日，两艘“旅行者”飞船中的第一艘发射升空，但可能会让很多人意外的是，首先升空的是“旅行者2号”而不是1号。这是因为两艘飞船采用了不同的飞行路径，尽管2号先出发，但1号将会更先抵达它们共同的目标：木星和土星系统。旅行者1号还要再等待两个星期，到1977年的9月5日才从地球出发。

测试中的旅行者2号飞船

来源：NASA

正在吊装火箭整流罩的旅行者2号飞船

来源：NASA

升空之后大约两年，两艘飞船先后飞过木星与土星系统并开展了大量考察任务。期间，为了对太阳系唯一一颗拥有浓密大气层的卫星，同时也是土星第一大卫星的土卫六开展近距离考察，旅行者1号飞船放弃了原先计划飞向冥王星的路径，转而调转方向飞向土卫六，并对这颗神奇的卫星进行了历史上首次近距离观察，对其大气成分，大气厚度，磁场等方面开展了测量工作。

但这样做的代价是高昂的，由于轨道因素，旅行者1号完成对土卫六的考察之后将朝北飞行，飞行路径基本垂直于太阳系黄道平面，朝着太阳系边缘地带飞去。此时的它实际上已经结束了自己的外太阳系探测之旅，它一路上不会再遇到其他行星了。

旅行者1号和2号飞船的不同路径，jupiter是木星，Saturn 是土星，Uranus是天王星，Neptune是海王星

来源：NASA

专程前往土卫六考察的旅行者1号飞船拍摄的土卫六大气图像

来源：NASA

旅行者2号拍摄的土卫六远距离图像

来源：NASA

与之相反，旅行者2号沿着黄道面既定轨道继续向外飞行，除了对木星和土星进行考察之外，还对天王星和海王星两颗最遥远的行星开展了首次近距离观察，事实上，旅行者2号对天王星和海王星的考察一直到今天仍然是人类对这两颗行星开展的唯一一次探测行动。我们对于这两颗星球的知识大量的都来自于这次考察期间的收获。

传奇任务

旅行者2号不断进行引力弹弓借力加速/变轨的“壮丽旅程”：红色是旅行者2号飞船的轨道，蓝色为地球轨道，草绿色为木星轨道，天蓝色是土星轨道，橘黄色是天王星轨道，红色是海王星轨道

来源：wiki

科学家们意识到，1970年代末将出现一次绝好的机会，几颗外太阳系行星的特殊排布将赐予人类一次绝好的机会，借助行星引力弹弓加速与变轨技术，只需要一艘飞船就能做到沿途依次飞过木星，土星，天王星和海王星。

据此，美国宇航局确立了所谓“壮丽旅程”（Grand Tour）的计划，该计划设想连续发射两组探测器，每组包括两颗探测器，其中一组造访木星，土星以及冥王星，另一组则飞掠木星，天王星以及海王星。

旅行者2号飞船，注意画面中心的金黄色圆形唱片，这就是所谓的“旅行者金唱片”

来源：NASA

旅行者飞船携带的RTG（放射性同位素热差电机），由于距离遥远，无法使用太阳能，两艘旅行者飞船实际上可以算是“核能”供电的，使用的核材料是氧化钚

来源：NASA

但是到1972年，在项目规划细化的过程中，该项目的规模被砍掉一半，NASA最终决定发射两艘利用已经在前期取得重大成功，被证明技术成熟的“水手”系列探测器改装的飞船，并将其命名为“水手木星-土星”探测器（Mariner Jupiter-Saturn probes）。另外，为了进一步压缩成本，NASA的规划中只包含对木星和土星的探测，但同时视情况而定，并不排斥继续延长任务，真正执行“壮丽旅程”计划的选项。随着任务推进，该项目最终被重新命名为“旅行者”（Voyager）。

按照最终的规划，“旅行者”1号将顺序抵达木星，土星以及土星的最大卫星土卫六。而另一艘姊妹飞船“旅行者”2号将先后抵达木星，土星，根据其表现，不排除进一步使其飞向更加遥远的天王星乃至海王星的选项，当然，由于土卫六是一颗拥有浓密大气层，并被证实存在有机物质的卫星，在NASA的科学任务规划中占据很高的优先级。因此旅行者2号同时也作为旅行者1号飞船的备份，如果旅行者1号未能完成对土卫六的观测，那么旅行者2号将改变轨道，接续完成原本旅行者1号该完成的任务。当然，后面我们都知道，旅行者1号的任务非常出色，也因此，旅行者2号得以继续自己的“壮丽旅程”。

朝着太阳系之外，朝着恒星际空间飞去的旅行者飞船

来源：NASA

尽管最终的规模被减半执行，但两艘“旅行者”飞船在工程上的杰出表现却远远超过了人们最疯狂的期待和想象。41年过去了，这两艘利用70年代技术建造的飞船竟然仍然具备良好工作状态。数据显示，旅行者1号飞船已经在2012年穿越太阳风层边界，进入恒星际空间，而旅行者2号也将紧随其后。

外太阳系之旅

旅行者2号拍摄的木星，前方是一颗伽利略卫星：木卫一

来源：NASA

旅行者2号眼中的木星大红斑

来源：NASA

冰层覆盖的木卫二

来源：NASA

木卫一与其表面活跃的火山喷发活动

来源：NASA

发射两年之后，“旅行者2号”于1979年抵达木星。因为仅仅在4个月之前旅行者1号才刚刚从这里飞过，旅行者2号的此次飞掠行动让美国宇航局有机会对4个月间木星系统发生的变化进行对比分析。比如，旅行者2号飞船就观察到木星大红斑发生了变化。

除此之外，旅行者2号还拍摄了木星和它的卫星的大量高清图像去，其中最引人注意的是木星的冰冻卫星木卫二的图像。在20多万公里之外，旅行者2号飞船拍摄了这颗冰冻卫星地表开裂冰层的大量高清图像。科学家们意识到这颗星球的表面异常光滑，缺少撞击坑，现在我们相当确信，这颗星球的冰层下方是一个巨大的冰下海洋。那里会有木卫二鱼，木卫二虾和木卫二扇贝吗？它们味道怎么样？多少钱一斤？或许我们应该思考，哪天发射一艘拖网核潜艇到那里的深海中探寻一番。

旅行者2号眼中暗弱的木星光环，很多人以为只有土星有光环，错，四颗气态行星都有

来源：NASA

旅行者2号眼中的土星，左侧可以看到几颗卫星

来源：NASA

“一轮”天王星

来源：NASA

天卫五“米兰达”地表的开裂缝合痕迹

来源：NASA

在土星也是一样收获满满，旅行者2号于1981年8月26日抵达距离这颗行星最近的位置上，并拍摄到数百张图像，覆盖土星，它的卫星和光环系统。

至于天王星以及海王星，旅行者2号是人类迄今唯一抵达过这两颗行星的探测器。1986年1月24日，旅行者2号飞船抵达天王星，对这颗“躺在轨道上”的气体行星进行了近距离观察，并测定其大气成分包括85%的氢和15%的氦。

除此之外，旅行者2号飞船还新发现了天王星的几道光环和10颗新卫星。探测还发现，天王星的磁极与自转轴存在高达55度的倾角，迄今科学家们还无法完全理解这种情况的具体成因。

天王星光环

来源：NASA

海王星和其大气层中明亮的云层和暗色风暴区域

来源：NASA

海王星大气中炫富的高空云层

来源：NASA

另外值得一提的是天王星的一颗奇特的小卫星天卫五“米兰达”。这颗小卫星可能是太阳系内最奇特的卫星，从外表看，它几乎就像是破碎后的碎片被拙劣地重新拼凑在一起形成的，科学家们推断它可能在历史早期遭受了一次严重的撞击并完全破碎，随后在自身引力作用下重新结合在了一起。

在完成对天王星的探测之后，旅行者2号在1989年8月份抵达海王星，并从数千公里的距离上飞掠这颗行星，在此期间新发现了5颗新的卫星以及4条围绕海王星存在的光环系统。在它拍摄的海卫一图像上，科学家们还发现了冰火山喷发的痕迹，令人倍感意外。

“旅行者”计划的遗产

海王星（近处）以及它最大的卫星：海卫一（远处）

来源：NASA

阳光照射下的海卫一，这里温度零下235度，几乎接近绝对零度，但是请注意，其地表上的黑色烟尘沉降痕迹表明这颗星球上存在火山喷发

来源：NASA

“旅行者”计划至关重要，它为人类后续对外太阳系的观测工作奠定了基础。比如在2004年至2017年对土星开展探测的卡西尼探测器，继承“旅行者”飞船的使命，时隔数十年，对土星及其卫星和光环系统进行了更为深入的考察工作。

旅行者2号在数十年前拍摄的天王星和海王星图像，也成为当前利用望远镜观察这两颗遥远行星时的基准对照图像。比如，利用哈勃望远镜，科学家们还在海王星大气中观测到强大的风暴系统，这些图像也被用于与当年旅行者2号拍摄的图像做比对。

遗憾的是，据我所知到目前为止，科学界依旧没有新的飞向天王星和海王星的探测任务。人类太痴迷于对生命的搜寻，以及对成本的控制，这两颗遥远的行星显然太没有存在感，去一次实在太昂贵了。

卡西尼飞船探测土星示意图

来源：NASA

2015~2017年间，哈勃空间望远镜观测海王星云层中风暴系统的变化

来源：NASA

运行在地球轨道上的哈勃空间望远镜

来源：NASA

2017年，旅行者飞船项目组迎来任务执行40周年纪念，美国宇航局为此举行了专门的欢庆仪式。在2017年9月份接受媒体采访时，从1972年任务最初酝酿时期就担任项目经理的加州理工天文学家爱德华·斯通（Ed Stone）就曾经表示：“难以置信，两艘飞船在离开地球40年之后竟然还在工作。在发射这两艘飞船时，人类开启太空时代也才20年，这真的是一项无与伦比的壮举，而且这个壮举一直到此时此刻，仍在继续。”

的确，升空40周年之后继续正常工作，还是基于1970年代的技术做到的，真的难以想象。40年前出发，至今仍在太空遨游的两艘旅行者飞船不仅带给我们新鲜的知识，更重要的是那种探索精神上的启发，激励着年轻的一代人朝着更加深邃的太空，进发。

“旅行者”项目经理，加州理工天文学家爱德华·斯通

来源：sciencephoto.com

截止到2018年，旅行者2号距离太阳大约118个天文单位，约合177亿公里。最终，它将会离开太阳系，在广袤的银河系星海之中漫游

来源：wiki

截止到2018年，旅行者2号距离太阳大约118个天文单位，约合177亿公里。最终，它将会离开太阳系，在广袤的银河系星海之中漫游。此时此刻，旅行者2号飞船正以相对太阳超过每小时5.5万公里的速度穿越太阳风的边界，即将抵达由银河宇宙射线所统治的区域，进入真正的恒星际空间。

值得一提的是，这两艘小小的飞船上各自携带着一张所谓的“旅行者金唱片”（Voyager Golden Record），这是献给外星智慧生命的，关于地球文明的名片。或许几亿年之后的一天，某个外星文明的飞船舰队会偶然间截获一艘远道而来飞船，并通过它上面的“金唱片”得知了关于我们地球的故事，在那之后，将演绎出一个什么样的故事？浪漫的故事片，还是惊悚的战争片？

两艘“旅行者”飞船携带的“金唱片”封面

来源：NASA

旅行者2号进行多次行星引力弹弓借力之后，对自身速度的提升情况。到最后，可以看到旅行者2号的飞行速度（红线），远远超过了该区域的逃逸速度（蓝线）。这表明什么？这表明旅行者2号飞船终将离开太阳系，不再回来

来源：NASA

联系外星人，是福？是祸？

来源：wiki

PS：历史上的今天还有另外一项重要任务实施，就在旅行者2号升空之前整整两年，1975年8月20日，“海盗1号”（Viking 1）飞船发射升空。“海盗”1号和“海盗”2号两艘姊妹飞船均包括轨道器/着陆器组合体，两个着陆器和两个轨道器全部成功。

其中1975年8月20日升空的“海盗1号”探测器释放的着陆器，于1976年7月20日成功降落火星表面，成为人类历史上首个成功实现火星软着陆并正常执行任务的探测器。这个着陆器一直在火星地表工作了6年多，寿命长达2307天，从而保持着在火星地表工作最长寿探测器的记录，一直到2010年5月19日才被“机遇”号火星车打破。

海盗1号探测器，1975年8月20日发射升空，1976年7月20日着陆火星。这是人类首次成功着陆火星并发回图像。这是从火星地表传回的第一张照片，拍摄的是海盗一号的“腿”，目的是确定火星地表足够坚硬，不会让探测器完全陷入黄沙之中

来源：NASA

海盗一号探测器拍摄到的火星地表

来源：NASA

编者按：

《天文史上的今天》栏目是老严的一次个人历险，试图通过坚持365天，完整记录一年中每一个日子在人类漫长的天文历史中留下的印记。

本公众号文章均为个人原创，请尊重作者所付出的辛勤努力，任何转载请事先联系老严以获得授权，转载时请务必标注来源。谢谢合作。

果断扫描关注

打赏支持老严

《天文史上的今天》过往精彩内容回顾：

8月19日：天文史上的今天 | 动物首次进入地球轨道并安全返回

8月18日：天文史上的今天 | 七夕节，火星卫星和它背后的爱情故事