2026年第一期 远行近50年的“旅行者号”怎么样了

美国艾奥瓦大学的空间物理学家比尔·库尔斯自1974年起便参与“旅行者计划”，至今仍在负责分析探测器传回的空间天气数据，这些数据被用来研究太阳活动引发的空间环境变化。库尔斯说：“‘旅行者号’已经把当初那个令人激动的行星探测任务，演变成了人类探索宇宙的一次伟大远征。”

在漫长的飞行过程中，“旅行者号”彻底改变了人们对太阳系的一些传统认知。例如，在“旅行者号”出发前，科学家大多认为，所有行星的卫星都应该像月球表面一样荒凉。所以，当“旅行者号”飞掠木星，发现木卫一上竟然有活跃的火山喷发时，所有人都为之震惊。“旅行者号”发现，木卫一上的火山平均每秒向木星周围的磁层喷出一吨左右的物质，它们影响着整个木星系统的运行。通过与木星磁场的相互作用，木卫一产生了强大的电流，这些电流甚至引发了木星大气中的闪电现象。

在美国加州帕萨迪纳喷气推进实验室工作的行星科学家琳达·斯皮尔克是“旅行者计划”的首席科学家，她早在1977年读研究生时就参加了这个计划。斯皮尔克表示，“旅行者号”的发现让科学家意识到，卫星世界远比想象中丰富多彩。

除了重新认识卫星外，“旅行者号”还帮助人们更清楚地了解行星环。

1979年，“旅行者1号”飞到木星附近，发现它拥有一个很狭窄的环。随后，“旅行者2号”对木星进行了近距离探测，任务团队甚至检测到每秒几百次的微小撞击，这是环内的尘埃颗粒撞击探测器导致的。不过不用担心，这些撞击并未对“旅行者2号” 造成任何损伤。

至于土星环，虽然它早已为人所知，但正是“旅行者1号”和“旅行者2号”第一次拍到了土星环的细节。

斯皮尔克回忆道：“当‘旅行者号’飞过天王星时，从地球上看不到的角度拍了一张星环的照片。这张背光的照片漂亮极了，所有的尘埃带都被拍得清清楚楚。”

虽然科学家早就猜想到海王星可能也有环，但直到1989年8月底，这个猜想才得到证实。当时距离地球46.6亿千米的“旅行者2号”传回了这颗冰巨星两条主环带的照片。后来，科学家又发现了另外两条较暗的新环带。

除了发现星环外，“旅行者1号”还在地球之外首次发现了闪电现象。它最早探测到的是一种由闪电产生的无线电信号。当探测器掉转方向观测木星的背阳面时，它接收到了这种信号，紧接着，它就观测到了闪电把木星上方云层照亮后的光斑。

“旅行者号”还传回了木星和海王星上巨大风暴的照片，这些风暴看起来像巨大的斑点。其实，几百年前天文学家就发现了木星的大红斑，它是太阳系中已知最大的风暴系统，大小差不多是地球的两倍。当“旅行者1号”飞过大红斑时，探测数据表明，这场风暴还在凶猛地持续着。

木星上的风暴可能是太阳系中最大、最古老的风暴，但海王星风暴的风速却是最大的。1989年8月，“旅行者2号”在海王星上首次观测到一个名为“大黑斑”的风暴。数据显示，这个风暴的风速达到了惊人的2400千米 / 时。

那么，这些风为什么会如此强劲？一个重要的原因是海王星上没有固态表面，因此没有山脉或者峡谷等起伏的地形让风减速。但科学家至今仍然无法解释，为什么海王星上的风速会是太阳系中最大的。

同时，“旅行者号”还发现，位于外太阳系的两颗卫星——木卫二（欧罗巴）和土卫二（恩克拉多斯），其冰层之下可能隐藏着海洋。这个发现为后续的探测任务奠定了基础。2024年10月14日，一个专门研究木卫二海洋的“欧罗巴快船号”探测器启程了，它的任务是前往木卫二探测冰下的海洋。

对斯皮尔克而言，整个“旅行者计划”中最令她难忘的时刻，莫过于收到海卫一首批图像的那个夜晚。她回忆道：“在探测器距离海卫一最近的前后两三天里，我直接在办公桌底下铺了个睡袋，晚上就睡在办公室里，因为我要第一时间接收数据，不想有任何耽搁。”

1989 年，当“旅行者2号”飞过海王星时，科学家第一次看到海卫一表面高达8000米的间歇泉。相比之下，美国黄石国家公园的老忠实间歇泉的喷射高度还不到60米。

飞越了海王星后，“旅行者号”的任务远没有结束。

在接下来的几十年，这两个探测器持续向太阳系的边缘进发。2012年，“旅行者1号”率先进入星际空间。2018年，“旅行者2号”也随后进入。这是两个探测器在设计时就考虑好的，也是人类的探测器第一次航行到距离地球如此遥远的地方。

截至目前，“旅行者号”在星际空间的航行还算顺利，但它们正面临着新的挑战，其中最大的威胁来自宇宙辐射。美国普林斯顿大学的太空物理学家杰米·兰金在“旅行者1号”刚进入星际空间后不久，便加入“旅行者计划”团队。当时她还是个研究生，现在，她已和斯皮尔克一起担任项目科学家。

宇宙射线是以接近光速在太空中穿梭的高能粒子，在星际空间中的密度远高于太阳系附近区域。对此，兰金解释道：

不过，“旅行者号”的“高龄”反而成了优势，因为它们使用的是老式大型计算机技术，抗辐射能力比现在的设备更强。

另一位资深团队成员艾伦·卡明斯在美国加州理工学院工作。1974年，他就加入了“旅行者计划”，是最后一个在发射前接触过这两个探测器的人。对这位研究宇宙射线的物理学家来说，最令人兴奋的科学发现，正是由航行于241亿千米之外的“旅行者号”传回的。

卡明斯原本以为“旅行者号”会从星际空间传回有规律的数据，但实际情况却截然不同。

在过去5年里，“旅行者号”测量到的磁场强度和等离子体密度数值出现大幅上升，这说明“旅行者号”正在探索一片未知的太空区域，这些异常数据可能与太阳活动有关。

虽然科学家普遍认为这两个探测器都已经进入了星际空间，但关于星际空间确切边界的研究还在继续。太阳风与星际风交界的区域——日球层顶的具体形状到目前仍然是个谜。2024年初，科学家发表的研究结果显示，这个区域的形状可能与之前认为的并不一致。原本认为边界应该很薄，但“旅行者号”传回的数据显示，那里的边界其实很厚。

这种边界层可能是在日球层磁场和星际空间磁场相互作用的地方形成的。“旅行者号”只有穿过这个边界层后，才会遇到真正“原始”的星际介质，而这个边界层很可能在“旅行者1号”当前位置再往外100个天文单位 (AU) 的地方。这个区域还有太多的未解之谜。

维持这两个老旧探测器的正常运转需要高超的工程技术。2023年11月，当“旅行者1号”停止向地球发送可读数据时，工程师遭遇到了难题。

美国宇航局喷气推进实验室的软件工程师鲍勃·拉斯穆森是负责保障“旅行者号”运营的团队成员之一。他曾参与“旅行者号”的发射任务，在2022年退休后，又重返团队继续支持这项任务。

2023年，“旅行者1号”内部的一块存储芯片出现故障，导致通信中断。虽然探测器还能接收信号，但已无法向地球发送数据。尽管修复数据传输链路的任务迫在眉睫，但团队还是采取了谨慎细致的解决方案。

拉斯穆森认为：

由于年代久远，那些解释系统工作原理的原始文件都是手写或打印的，无法用电脑检索，因此查阅起来十分困难。工程师们只能通过向“旅行者号”发送各种测试信号以检查系统各部分的工作状态。

此外，由于探测器距离地球241亿千米，每条信息单程传输就需要将近一天的时间。

尽管如此，得益于团队的坚持和精湛的工程技术，“旅行者1号”终于在2024年4月恢复了数据的正常传输。

目前，科学家并不清楚与“旅行者号”之间保持通信畅通还能持续多久。他们乐观地估计，这项任务至少能够持续到2027年，也就是“旅行者号”50岁生日的时候。但无论如何，任务总有结束的一天，无论是仪器寿终正寝，还是电力供应不足，两个探测器最终都会停止工作。

以“旅行者2号”为例，为了省电，它已于2024年关闭了等离子体科学仪器。相较而言，“旅行者1号”的电力情况要好一些。目前，两个探测器上搭载的11台仪器中，有4台仍在正常运转。

“旅行者号”任务的结束将意味着一个时代的落幕。很多科学家把整个职业生涯都奉献给了这两个探测器，并将参与这项任务看作一生中难得的机会。

无论这项任务还将持续几年或几十年，它都已经在科学界和公众心中留下了难以磨灭的印记。对此，斯皮尔克总结道：

“‘旅行者号’是真正的先驱和探索者！它们不仅彻底改变了我们对太阳系的认知，而且也重新定义了人类对星际空间的理解。”

文 | 张唯诚

来源 | 《科学24小时》2026年第1期

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