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“旅行者”：触摸星际空间
◤飞入星辰大海
乘船出长江口，驶出若干公里后，方见灰黄江水被蓝色海水代替。在江水与海水之间，是一道若隐若现的“泾渭分明”的界限。2013年9月12日，美国科学家宣布，1977年发射的“旅行者”1号无人探测器跨越了从太阳系空间到星际空间的这道“泾渭分明”线。此时，它已出发36年，行程187亿公里，是有史以来飞离地球最远的人造飞行器。《银河英雄传说》中的豪言：“我们的征途是星辰大海”，用在一往无前的“旅行者”身上再贴切不过了。
爱德华·斯通是“旅行者”项目当年的首席科学家，也是有幸活到现在、能够目睹这一光辉时刻的为数不多的元老之一。他说：“这是一个重要的里程碑。当40年前我们启动这一项目时，一直期盼着这一天——那就是我们能拥有一艘恒星际飞船。这同时也是具有历史意义的，就像当年麦哲伦首次完成环球航行，或是阿姆斯特朗首次踏上月球表面那样。这是我们首次得以直接探索恒星际空间。”
◤飞出太阳系了吗？
过去两年间，“旅行者”1号到底身处何地，曾引发科学界的激烈争论。科学家们一直在尝试采用各种不同的检测方法弄明白它周围的环境发生了哪些变化。后来他们发现，2012年8月25日飞船周围太阳发出的带电粒子数量下降，而银河系宇宙线数量上升。这意味着，“旅行者”已经离开了日球层（包裹在太阳周围的一个由炽热高能粒子构成的气泡）的怀抱，进入从来没有被探索过的寒冷的空间。这里与预期中的星际空间环境相符，而与太阳周围的环境完全不同。换句话说，飞船从那时起就驶入了一片全新区域。这一天即是“旅行者”1号抵达星际空间的日子。
但是，天文学家并不认同某些媒体自行解读出的旅行者“已飞出太阳系”的说法。因为这取决于如何定义“太阳王国”的边界。如果太阳系的边界是指最外面的足够大的行星的轨道，那么“旅行者”确实早已跑出冥王星轨道了。但冥王星外面还有不少矮行星。假如定义太阳系的边界在位于绕太阳运转的最外侧的矮行星轨道，那么在海王星与冥王星之外很远的地方，可能还有和海卫一大小相似、数量众多的未发现的矮行星。既然这样，那么“旅行者”仍然是在太阳系范围内踯躅。如果把太阳系的边缘定义为太阳引力场的作用范围，那么“旅行者”再飞100个世纪都不会离开太阳系。因为在距离太阳一光年的地方，还存在着由无数彗星聚集而成的小天体集合——奥尔特云——围绕太阳运转。两艘“旅行者”号还得飞两万年才能抵达并穿过奥尔特云。在此之后，它们才算真正摆脱太阳的最后一丝羁绊，名副其实地冲出了太阳系。
◤航程回顾
“旅行者”1号和“旅行者”2号是一对孪生探测器，均于1977年发射升空，今天它们都飞行在太阳系的边缘地带。其探测路线是经过精心设计的。科学家利用20世纪70年代末和80年代前期“行星连珠”的机会，借助“引力跳板”技术，使飞船可以在最短的时间内用最少的燃料对木星等四颗行星实现逐一拜访。这样的机会，每隔175年才有一次。这使它们成为探测太阳系行星最多、探测成果最丰富的行星际探测器。
它们发现木星也有一个光环，木星的卫星上有火山爆发；发现土卫六直径大于木卫三，实为太阳系的第二大卫星。1986年1月，“旅行者”2号在距天王星赤道10.7万公里处飞过，在长达6个小时的观察窗口里，第一次揭开了天王星的神秘面纱。1989年8月，“旅行者”2号在距海王星北极4827千米处的最近点掠过，拍摄了6000多张彩色照片，震撼了天文学家和公众。在“哈勃”太空望远镜升空之前，人类对天王星和海王星的了解主要来自于“旅行者”。此外，它们还发现或修正了16颗木星卫星、24颗土星卫星、15颗天王星卫星和8颗海王星卫星的各种数据。
两艘无人飞船传回的数据达5万亿比特，发回了10万张精美照片，这些信息相当于6000套《不列颠百科全书》的容量，平均每个地球人可以分得700比特信息。两个“旅行者”在三十年间所采集的行星信息，比过去几个世纪天文学家获得的行星知识加起来还要多。
◤“旅行者”眼中的行星世界
1655年，荷兰天文学家惠更斯通过望远镜发现了大小介于月球与火星之间的土卫六——泰坦。1989年，“旅行者”1号稍稍靠近了这个模糊不清的天体，红外摄像显示了泰坦上怪诞诡奇的环境，那里的甲烷海洋拍打着冰雪皑皑的峭壁，而云彩则裹挟着液态碳氢化合物的暴雨，而这正是产生生命的来自天空的有机物。在研究人员看来，土卫六更接近于地球上的环境，它是一个荒凉的离地球8亿千米的卫星。那上面的压力是地球上大气压力的1.5倍，非常类似于人躺在游泳池底的感觉。土卫六上面的一天很长，相当于地球上的16天，而且极其寒冷，即使在正午时分，遥远的太阳也只能投射一个微弱的影子在泰坦表面。但是，土卫六最引起人类兴趣的是，它上面发生的由太阳激发的化学反应过程特别类似于地球上40亿年前发生的反应，那正是原始生命形式开始出现之时。
1986年，来自“旅行者”2号的影像资料显示，天王星实际上是一颗平平无奇的行星，在其可见光的影像中没有出现类似其他巨行星所拥有的云彩或风暴。然而，近年来，随着天王星接近昼夜平分点，观测发现天王星有季节变化的迹象和渐增的天气活动。天王星内部的自转周期是17小时14分钟，但和所有巨行星一样，其上部的大气层朝自转的方向可以产生非常强劲的风，风速可达每秒250米。
海王星有太阳系最强烈的风，测量到的时速高达2100千米，而地球上的12级大风时速不过才118千米。1989年，“旅行者”2号探测器飞掠海王星时，对其南半球的大黑斑（面积相当于欧亚大陆）和木星的大红斑做了比较。但后来用哈勃太空望远镜观察海王星时，发现大黑斑已经消失。大黑斑起初被认为是一大块云，据后来推断，它应该是可见云层上的一个孔洞。海王星云顶的温度是-218°C，是太阳系最冷的地区之一。因为轨道距离太阳很远，海王星从太阳得到的热量很少，仅相当于地球得到的千分之一，但海王星释放的能量比它从太阳得到的还多，其内部热量的来源仍然是未知的。加热机制的一个解释是行星磁场与离子的交互作用；另一个解释是来自内部的重力波在大气层中的消耗。
这些奇景很快被科幻界采纳，如1984年上映的 《2010：威震太阳神》中，就有对木星世界的精确再现。
◤长寿得益于先进技术
现在，“旅行者”1号的信号以光速传回地球需要17个小时。飞得稍慢的“旅行者”2号传回信号也要14个小时。而飞船的天线功率只有22瓦，仅相当于冰箱内照明灯泡的功率。但地面总能接收到它们的信号，并向其发送指令进行调姿和科学探测。顺畅的通信全赖美国宇航局深空网的威力。深空网共包括三座经度间隔120度的大型测控站，分别设在美国加州莫哈维沙漠，西班牙马德里和澳大利亚堪培拉。这种覆盖全球的站址分布使接收深空信号可以不受地球转动的影响，总能保证有一个天线能对目标进行监控。相比之下，我国每次进行重大航天发射，只能向远海派出“远望”号测量船队保证不间断的测控。
“旅行者”飞船本身也代表着20世纪70年代的最高科技水平。每个“旅行者”重721.9千克，由6.5万个零件组成，其中有105千克是科学探测仪器的重量。飞船主体呈扁平的十面棱柱状，顶端装有一条直径为3.7米的抛物面天线，左右两侧各伸出一根悬臂，较长的一根是磁强计支柱，较短的一根是科学仪器支架。探测仪器有10种，主要是行星及其卫星的摄像设备和各种空间环境探测设备。因为离太阳越来越远，无法依靠太阳能电池供电，能源采用核电源，把钚放射性衰变产生的热量转化为电力，功率仅为420瓦特，换句话说，每小时只能发出0.42度电。但就是这样微弱却绵长的电力，持续供应了36年，赋予了飞船以“生命”。即便如此，飞船的电力仍在慢慢衰减，近十几年来，不断有功能因电力有限而停止运作，如1998年停止了扫描平台及紫外线观测；2012年停止了回转运作，只能以每秒1400字节的速率传回信息。预计到2016年，仪器间将无法共享电力，到2020年以后，将没有足够电力启动任何仪器了。地面控制人员还得不断地拆东墙补西墙，为最必要的仪器挪用电能。2011年11月“旅行者”2号接到地面命令，切换到备用姿态控制推进器，这一措施节省了大约12瓦的电能消耗。此时，主推进器已经点火31.8万次。飞船各部件寿命之长、质量之精，令人赞叹。尽管上面的某些设备用目前的技术标准来看简直“弱爆了”——八通道磁带记录机和只有现在智能手机内存24万分之一电脑存储空间。但就是这样简单却耐用的设备，支持它们飞了36年，而且还将继续飞下去。英国皇家天文学家马丁·里斯爵士就曾感慨道：“实在让人感到不可思议，这个人类利用70年代的技术制造的脆弱物体，竟然能够抵达如此遥远的空间。”
可想而知，未来的长寿命深空探测器，除了要配备更大功率、更耐久的核电源之外，还会搭载人工智能计算机以减少对地面控制的依赖（随距离而变得严重的延时效应，令实时操控变得不可能），飞船还要有自我修复能力，以应对零部件不断老化失灵的境况。目前，美国科学家正在研制智能照相机，不仅能够给外星球上的岩石拍照，同时还能对照片进行分析，并根据分析结果决定下一步的行动。以火星探测为例，它与地球看似很近，但往来通信也要消耗飞船的大量能量，如果未来的火星车能够自行决定哪些研究对象在科学上具有重要意义，便会给这些对象拍摄更多照片，而后将照片传给地球。而且，智能化的太空探测器还可以自主操控，以抵消与地球通信延迟造成的影响。
说到未来无人探测飞船上的人工智能，我们就会想到“旅行者”在大银幕上的光彩出镜。那是在1979年，《星际迷航》系列科幻剧终于登陆电影院。在当年上映的第一部《星际迷航：无限太空》电影版的故事里，一团庞大的能量云摧毁了沿途的文明设施，航迹恰好指向地球。“进取”号星舰奉命拦截。沟通之后发现，这团能量云具有意识，目的是要寻找自己的创造者。真相大白时，“进取”号的船员惊讶地发现，原来能量云的核心就是美国宇航局在二十世纪末发射的“旅行者”6号，它的电脑已经进化成为智慧生命，想要回到老家看一看。当然，现实中并不存在这样一艘探测器飞船。到目前为止，“旅行者”也只有两艘。但可以看出，在20世纪70年代末，好莱坞的观众们是多么为“旅行者”探测器感到骄傲，还盼望着它们变得“拟人化”后展开寻根之旅。该影片结尾说：“人类探险之旅才刚刚开始。”可谓点睛之笔。
◤“地球之音”：向外星人说“你好”
当时，参与“旅行者”项目的科学家——康奈尔大学的行星天文学家卡尔·萨根、美国国家天文与电离层研究中心主任德里克和艺术家琳达·苏尔兹曼——确实希望即将踏上遥远航程的飞船，成为人类与“外星人”交流的使者。两艘“旅行者”各自携带一张“地球之音”唱片，由镀金铜板和金刚石唱针构成，可在太空中保存十亿年。唱片里包含115幅照片（包括长城），多种大自然的声音，55种语言的问候语和总长90分钟的各国名曲（包括中国古琴曲《高山流水》），附有播放方法的说明以及用14颗脉冲星定位的太阳系位置。当年美国卡特总统的致词也在其中：“这是一个来自遥远的小小星球的礼物，它是我们全部声音、科学、影像、音乐、思想和感情的缩影。我们正努力延续自己的岁月，希望有朝一日能与你们同在。”
“地球之音”唱片外表上镌刻的信息之丰富，也可堪称“地球名片”，目的是使可能看到该“名片”的地外文明了解我们的信息。特殊的材料和加工工艺可以保证“名片”在星际空间中暴露几亿年而不变形、变质。这张凹版的星际问候卡，传递了关于地球在宇宙中的位置和该飞船建造、发射时间的信息。其中，太阳的位置是用它与14颗脉冲星的相对位置关系来表示的。在银河系中，脉冲星的数量不多，据此，天文学发达的地外文明可以很容易判断太阳系的位置。而脉冲星的精确周期是用二进制码描述的，这样它们可以被智慧生命识别。作为“宇宙的时钟”，脉冲星以长期恒定的速率自转。所以，对于技术先进的文明来说，比较在宇宙飞船上记录的脉冲星周期和飞船被再次发现时同一脉冲星周期的差异，就能够推断出它必定经过了长途跋涉。而唱片中的时间和距离的单位是用氢在1420兆赫（对应着的氢发射能量的21厘米波，这是宇宙中分布最广泛的电磁辐射）的谱线来描述的。
◤回眸一望：人类在星空间
1990年2月，“旅行者”接到了来自地球的一道紧急指令。它驯服地掉转相机，慢慢指向已经抛在身后很远的出发地，拍摄了60张照片。这时，飞船离地球59亿公里，远到载有照片信息的无线电波以光速传播也要经过5个半小时才能被地球接收到。从这样远的地方回望，即使经过高分辨率望远镜放大，靠近太阳的行星也只是一些模糊的光点。
想出这个“回眸一望”点子的天文学家卡尔·萨根，后来饱含深情地写道：
“其中一个呈现独特淡蓝色光辉的亮点就是地球。我们认识的每一个人，爱过的每一个人，听说过的每一个人，都在这上面度过他们的一生。我们的欢乐与痛苦都在上面聚集。每个信仰、观念和学说都在这里散布，每个伟大或弱小的文明都在这里兴灭——每个地球人都在这个悬浮于阳光中的尘埃小点上出生、生活、死去……人类虚妄的唯我独尊，受到这个淡蓝色光点的无声挑战。地球是目前所知存在生命的唯一星球。在可以预见的近未来，人类无法迁居到大气层之外。这个光点还将是我们唯一的家园。”
每个看过这张“暗淡蓝点”照片的人，面对着辽阔漆黑太空背景中呈现为寥寥像素的地球身影，都会感慨万千。这张照片有助于唤醒我们对行星地球的整体意识。它提供了无可争辩的证据，表明人类同处在一颗脆弱的行星上面。它提醒着我们，什么是重要的，什么不是。这也许是“旅行者”任务最大的意义之所在。
“地球之音”唱片中的一段话表达了人类的愿望：“我们正努力延续时光，以期能与你们的时光共融。希望有一天在克服了所面临的困难之后，我们能置身于银河文明之列。”
如果“旅行者”2号一直能顺利地飞行下去，从理论上讲，它将在公元8571年飞抵距离地球4光年的巴纳德星附近；而到公元20319年，它将飞抵距离半人马座3.5光年的地方；到公元296036年，它将到达距天狼星约4.3光年处。
经过难以计数的时间后，阅历无数宇宙风景的“旅行者”或许可以这样自豪地面对追上来的人类飞船说：“我曾见过你们人类无法置信之事──太空战舰在猎户星座的肩膀熊熊燃烧。我注视过万丈光芒在天国之门的黑暗里闪耀。所有的那些瞬间，都将在时间中消逝，一如雨中之泪……”（《银翼杀手》中生化人罗格的独白）
【责任编辑：杨 枫】