太陽系外探測器

太陽系外探測器

太陽系外探測器,是專門用於探測太陽系外星體的探測器。主要包括旅行者1號、2號、先鋒10號等,除了它們,科學家還利用各種形式的望遠鏡,窺探著宇宙的秘密。旅行者號探測器已經觸及了太陽系的邊界,科學家預計,它們很快就將離開太陽系,繼續改寫人類行為能達到最遠位置的紀錄。

基本介紹

  • 中文名:太陽系外探測器
  • 類型:探測器
  • 探測:太陽系外星體
  • 原理:太陽風哨和宇宙射線
  • 代表:旅行者號探測器
產生背景,研發歷史,設備結構,技術原理,探測進展,

產生背景

作為人類已經發射的最重要的兩枚系外探測器,旅行者號探測器已經觸及了太陽系的邊界,一個原本只存在於天文學家理論推想之中,卻從未被真正發現過的地區。科學家預計,它們很快就將離開太陽系,繼續改寫人類行為能達到最遠位置的紀錄。然而旅行者號並非人類所進行的太陽系外探索工作的全部。在它們之前,先鋒10號和先鋒11號已經踏上了沒有終點的征途。與此同時,新一代系外探測器也正在緊鑼密鼓地研製之中。除了它們,科學家還利用各種形式的望遠鏡,窺探著宇宙的秘密。中國空間技術設計研究院研究員龐之浩將旅行者1號、2號統稱為“走馬觀花似的太空飛行器”,與之同類群的還有先鋒10號、11號。這四個探測器都負載著衝出太陽系的任務。
太陽系外探測器

研發歷史

旅行者號
旅行者1號則在1979年7月飛躍木星,1981年飛躍土星。旅行者2號由於飛行軌道不同,1979年3月率先到達木星上空,繼而於1980年11月飛躍土星。旅行者2號先後探測了土星木星冥王星後,才去探測太陽系外。旅行者號在走馬觀花後,又將探測太陽系外世界。這兩枚宇宙探測器要做的事實在太多,除了沿途不斷地給太陽系拍照外,它們還被寄予厚望,希望能在飛行過程中碰到外星智慧生命。事實上,在發射旅行者號之前,NASA還曾發射過先鋒者10號和11號兩枚宇宙探測器。它們的最終目標也是飛出太陽系。為此,這四種探測器都攜帶著“地球名片”,以期在遭遇外星智慧生命之後,能作一引見。
31年時間裡,這對“孿生兄弟”立下了赫赫功勳。正是它們對木星和土星的考察,才使得人們對這兩個大行星的認識有了很大提高。它們還發回了數以萬計的清晰照片
不過,在它們先後訪問土星後,兩兄弟就分道揚鑣了。其中旅行者1號向上飛出了太陽系諸行星的軌道平面,目前它已經成為離地球最遠的人造天體。旅行者2號則在越過土星後,又繼續訪問了天王星海王星。最後,它也飛出太陽系諸行星的軌道平面。不過,由於飛行軌道的不同,它多走了許多彎路。當然,兩枚旅行者號的終極使命就是衝出太陽邊界,達到更遠的距離。
先鋒10號
而發射於1972年的“先鋒10號”,如今也已飛出太陽系,但在2003年,科學家揮手與之告別時,NASA噴氣推進實驗室發現,它竟已偏離預定航向40萬千米。而發射於次年的“先鋒11號”也是“謬以千里”。
科學家們相信,如果這個偏離問題不是出在飛船本身或跟蹤站身上,而且此後別的探測器依然故我,繼續偏離,那我們就要下定決心,大力批判廣義相對論的思想根源了。有趣的是,噴氣推進實驗室的約翰·安德森之所以在上世紀70年代發現“先鋒”探測器的異常,也是為了尋找太陽系外層的未知行星。他們發現了一個比地球引力弱100億倍的力。
星際邊界探測器
NASA官方網站的訊息說,星際邊界探測器(IBEX)將於今年夏天發射,這一探測器的使命就是為了探索激波邊界和太陽風鞘。美國聖安東尼奧西南研究學院麥克康馬斯是該項目的領導研究人員。他指出,IBEX將帶有高能中性原子分析器(ENAs),可以捕捉太陽風鞘與星際空間的各種變化。而美國約翰·霍普金斯大學的拉爾夫·麥克納特正與噴氣推進實驗室一起計畫一艘“創新星際探測器”(IIE)。它有望於2014年發射。它能在25年內飛到200個天文單位之處。估計太陽作用的邊界在125個天文單位之外。2040年,它將一窺星際空間。

設備結構

兩枚旅行者號飛船形制大體相同,重約825千克,是先驅者號的3倍多。它配有直徑3.66米的地球拋物線天線,還攜帶著用於探測宇宙線行星磁場、行星大氣成分等11種探測器。此外,旅行者還裝備了放射性同位素熱電機組,這是供其在遠離太陽的黑暗、寒冷空間中所用的。和“先驅者”系列不同,旅行者系列攜帶的不再是簡單的“地球名片”,而是一整套記錄地球上各種典型代表意義的聲音和圖片,也就是被稱為“地球之音的”唱片。人們期望,有朝一日,它們會被宇宙中的外星智慧生命截獲。

技術原理

太陽系能在撲朔迷離中安然行走,靠的是稱為“太陽風鞘”的巨大磁場削弱宇宙射線。宇宙射線與氣候有關。進化生物學也發現,到達地球的宇宙射線強度與基因突變率等生命演化有密切關係。“研究人員正希望通過繼續觀測旅行者號所傳回的數據,獲悉異常宇宙射線和宇宙射線的強度變化。
此前,對格陵蘭島和南極冰核的研究發現,14萬年前宇宙射線強度比現在高大約20%-40%。2006年,美國科羅拉多大學的帕夫洛夫計算出:當太陽系穿過極密的星際雲時,到達地球的宇宙射線劇增,能將“太陽風鞘”壓縮到幾乎只有地球繞日軌道的大小。這樣一來,全球臭氧層將頓失四成。
SKA全稱為“1平方千米陣射電望遠鏡”,試圖建造出世界上最強大的射電望遠鏡陣列。它將由上百架綿延3000千米的射電望遠鏡組成,能使探索太空的視界擴大無數倍。
“太陽風鞘”之外就是星際空間。旅行者1號將從“太陽風鞘”最薄的地方飛出去。這樣才算真正飛出了太陽系。目前,NASA預計,旅行者這兩艘飛船將至少運行到2020年。屆時,旅行者1號飛船將能夠悄悄地飛臨147個天文單位外的宇宙空間。旅行者號畢竟是以太陽系內探測為主,它們無法近距離經過任何恆星———去最近的達半人馬座α星也需要幾萬年。

探測進展

在2008年,國際系外行星探測取得的重要探測結果有:
2月14日:利用微引力透鏡方法,Gaudi等探測到距離太陽系約1500秒差距(1秒差距約為3.26光年或206265 AU)的恆星OGLE-06-109L系統的兩顆行星,質量分別為0.71個和0.27個木星質量,分別位於2.3AU和4.6AU處,其構型有些類似太陽系的木星與土星。
6月2日:利用微引力透鏡方法,Bennett等探測到目前除脈衝星系統外質量最小的系外行星MOA-2007-BLG-192Lb,質量為3.3個地球質量,其主星質量只有0.06個太陽質量
6月16日:利用視向速度方法,又有5顆幾個地球質量大小的行星被探測到,其中Mayor等發現恆星HD40307系統同時具有3顆行星,大小只有4.2個、6.9個和9.2個地球質量,分別位於周期為4.3天、9.6天和20.5天的軌道上。對該行星系統的動力學研究表明,這3顆行星很可能是類似地球的具有固態表面的行星。
11月13日:有兩個行星系統的4顆行星被直接成像,其中Kalas等發現恆星Fomalhaut系統在115AU軌道上的一顆行星,質量小於3個木星質量,該行星曾在2005年被發現該系統外圍物質盤時被預言;Marios等發現恆星HR 8799周圍的3顆巨行星,質量在5~13個木星質量範圍,分別在距此恆星24AU、38AU和68AU的軌道上,在其外圍也觀測到物質盤。該行星系統的形成可能是由於引力不穩定機制,這兩個系統主星的壽命大約為1億年。通過這兩個行星系統的直接成像,顯示了類似太陽系外圍有物質盤的共同特性。
12月10日:Swain等對恆星HD 189733的一顆行星進行光譜分析,發現該行星大氣中存在水、一氧化碳、二氧化碳和甲烷。一般認為,水和碳化合物是形成生命不可缺少的物質。該發現對地外生命的研究有重要的意義。
根據目前觀測到的系外行星的統計表明,有6%以上的恆星具有類似木星的氣態巨行星,而具有較小質量的類地行星則機率更高。此外,恆星大氣中除以外的其他元素含量較高的恆星擁有行星的機率較高。最近對不同質量(或光譜型)恆星的觀測表明,行星擁有率與宿主恆星質量成正相關。

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