夜读丨他是伟大而孤独的太空旅行者，只有他造访过海王星

今天讲述的这个故事，是发生于1977年的一次天空探索。这次太空探索太传奇了，以至于被誉为是“人类历史上最伟大的太空探索”。 有多伟大？ 我们至今无法超越。 我为什么突然想讲这个故事呢？ 因为就在上个月，美国航空航天局（NASA）发布消息：

“他已经成功飞越太阳日光层，正式进入星际空间。”

这个伟大的太空旅行者，在经过41年的漫长跋涉后，终于摆脱太阳的控制，开始了伟大的星际旅行。

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1957年10月4日，苏联通过洲际弹道导弹改装的运载火箭，发射了人类第一颗人造卫星Sputnik-1。

 这一下，美国人慌了。 一个月后，苏联再发神威，又成功发射了更大更重的Sputnik-2。这一下，美国人更慌了。 为什么慌？

“我们担心的不是卫星，而是送它上天的背后技术。如果能够发射这么庞大的导弹，他们就可以轻松发射热核弹。”

美国人为此非常焦虑，甚至造成了华尔街股市的大震荡，史称“史普尼克危机”。 为了化解危机、缓解焦虑，美国决定在1957年12月6日，大搞一次现场直播——发射人造卫星Vanguard TV3。 没想到Vanguard TV3发射才几秒，就发生了猛烈爆炸，美国政府颜面尽失。 时任美国总统艾森豪威尔气坏了，发誓一定要追上并赶超苏联。于是在他的筹划下，1958年7月29日，美国成立了国家航空航天局（NASA）。

NASA成立后不久，就制定了一系列著名的太空计划，水手计划、阿波罗计划、太空实验室等等，决定帮助美国在太空竞赛中找回面子。 故事就从这里开始了。

2、引力弹弓

这其中的一个计划，就是深空探索计划——探索太阳系八大行星。

探索与地球临近的金星水星，虽然难度大，但不是不可能。但要探索较远的木星土星，甚至更远的天王星海王星，那就成了“不可完成的任务”。 为什么呢？ 因为距离实在是太远了。 凭借当时的火箭助推技术，人造探测器所获得的速度，到达海王星需要近40年时间，就是依靠现在火箭助推技术人造探测器到达海王星也要30年。这对于急于见到成果的美国来说，这显然是无法接受的。

“只有放弃探索天王星海王星。”

时间一晃就到了1961年。 这一年，美国数学家米诺维奇，开始琢磨一个数学问题：一个从地球发射的航天器，在经过太阳系其他行星时会发生什么变化？米诺维奇通过反复计算发现：

“当航天器靠近一颗行星的时候，会被它的引力所吸引。由于行星本身就在高速围绕太阳旋转，所以它就拖着航天器跟着它一起跑，从而把自己的速度也传给航天器。只要航天器不被行星捕获，它就能叠加行星提供的额外速度，从而以比原来大得多的速度被抛射出去。”

▲ 质量越大的星球，其引力弹弓效应越强  

米诺维奇的这个发现，就是物理学上著名的“引力弹弓效应”。 这个发现，让NASA的深空探索看到了曙光。

“在发现引力弹弓之前，人类发射的航天器连火星也到不了。而在此之后，人类就有了探索整个太阳系的能力。”

1965年夏天，加州理工学院研究生弗兰德罗，跑到NASA下属实验室去做暑期实习。实习期间，他承担了一份差事——计算从地球飞往其他行星都有哪些可能航线。 这份差事技术含量并不高，所以很多人都不愿意做，但弗兰德罗毫不介意。 弗兰德罗在计算航线时，突然开了一个脑洞：是不是存在一条可使航天器一次访问多个行星的航道呢？

▲ 弗兰德罗发现了一条意义非凡的航线 

经过很多很多次计算后，弗兰德罗终于发现了这条惊人航线：

“我发现12年后，也就是1977年的夏秋时候，木星、土星、天王星和海王星，都会运行到一个特别合适的位置。如果在这个时间段内，向木星发射一个探测器，它会先被木星的引力弹弓甩向土星，再被土星的引力弹弓甩向天王星，然后被天王星的引力弹弓甩向海王星，最后被海王星的引力弹弓甩向外太空。 凭借引力弹弓效应，一个探测器就可以同时探索四大行星。而且，更重要的是，探索的时间大大缩短了。飞往海王星本来需要花40年，但选择这条航线，就能把航行时间缩短到12年。”

3、行星壮游

弗兰德罗的这个发现，让整个NASA都兴奋起来。

“这种机遇，176年才有一次，我们必须抓住。”

于是NASA采纳了弗兰德罗建议，决定实施“一次探索四行星计划”，并取了一个漂亮的名字——“行星壮游”。 但这个计划的成本实在是太高了，需要整整10亿美元。但雄心勃勃的科学家们，实在不愿放弃这次机遇，“决定设计四艘太空飞船，开启这次伟大的探索。” 但这个计划很快搁浅了。尼克松当选美国总统后，大幅削减了NASA的经费，迫不得已，NASA只得取消“行星壮游”计划。但科学家们始终心不甘，不断地进行游说，终于在1972年打动了尼克松。 尼克松同意再次启动该计划，但附加了一个条件：“只能给2亿5千万美元经费。” 经费虽然大幅削减，但有总比没有强，“建造四艘太空飞船的计划，只得缩减为两艘。” 这两艘太空飞船建好后，NASA组织了一次公众投票，美国民众最后给两艘太空飞船选了一个诗意的名字——旅行者号。

“他们将成为人类历史上最伟大的旅行者。”

4、更大野心

科学家们在设计两艘旅行者号时，悄悄地留了一手，因为他们有着更宏大的野心：

 希望两艘飞船在完成探索四颗行星的计划后，并不就此终止任务，而是继续飞行，飞出太阳日光层，飞出整个太阳系，去开启前所未有的星际旅行，去探索太阳系之外的星际时空。 

旅行者号虽然可以借助引力弹弓效应，并利用惯性持续在太空飞行，但在进行变轨、航道修正，进行拍照、传输信号的时候，还是需要很多能量。 

但能量从哪里来？ 

显然不能单单依靠太阳能发电，因为距离太阳越来越远，能吸收的阳光就越来越弱。所以必须采用另一个办法，来保证旅行者号可以获得稳定的能量。

科学家们经过一番研讨后，给两艘飞船安装了放射性同位素温差发电机。“这是一种可将钚-238裂变产生的热量转换成电能的核电池。” 

核电池预计可以用到202x年，“旅行者号飞出太阳系日光层，耗光电能之后，可依靠惯性穿过奥尔特云，然后飞向下一个恒星系。”

5、金属唱片

美国有一位非常著名的天文学家、科幻作家，叫卡尔·萨根。

1939年，5岁的萨根，在参观纽约世界博览会时，被一件事深深打动：“西屋时间胶囊”掩埋仪式。

▲ 西屋时间胶囊掩埋仪式  

西屋电器制造公司打造了两个胶囊形状的钢化铜罐，这个罐子非常耐腐蚀，可以保存很多很多年。然后西屋公司将该时代非常有代表性的一些物品，如剃须刀、电话机、书籍等，以及爱因斯坦的一封信放入罐子，再将罐子深深掩埋起来，准备在5000年后打开。

西屋公司及科学家们有一个美好愿望：希望5000年后的人类或外星人，打开这个“时间胶囊”后，可以根据里面装着的物品，来推断5000年前的地球是什么样子、到底住着什么样的一群人。

这个时间胶囊掩埋仪式，像锥子般刻在萨根记忆里，开启了他对时间、对宇宙的兴趣，并引领他成为了一名天文学家，“我长大了也想造一枚时间胶囊。”

1977年初的某一天，萨根突然接到一个电话，电话是旅行者号项目组打来的：“我们想给外星人发送一些可靠的信息，想请你来负责……”

萨根立马兴奋起来。他召集一批专家，成立了一个小型委员会。然后大家开始思考一个问题：到底向外星人发送一些什么信息？

显然，不可能是真正的物品。因为飞船非常小，携带不了多少东西，即便可以携带，这些东西也无法保存上亿年。怎么办？

萨根想起了小时候看到的时间胶囊，“能不能仿照这个方式，将信息录入一个载体中？” 委员会的专家都很赞同。

但用什么做载体呢？当时流行的信息记录技术是磁带。但磁带显然不行，因为太容易受磁场和辐射干扰，录入的信息保存不了那么长时间。经过很多次讨论后，射电天文学家德雷克解决了这个问题：

“制作一张金属唱片，让信息刻录于其中，这样不仅易于外星人解读，蚀刻的信息也可以保存上亿年。”

然后萨根开始思考另一个问题：在金属唱片上刻录什么信息呢？

最后萨根脑洞大开，为了展现地球生命的多样性以及地球上的文明，他刻录了很多声音及图像资料。

这些声音包括：风、闪电、海浪等自然界的声音，鸟、鲸等各类动物发出的声音，当然，也少不了人类的声音。

萨根在上面刻录了多种方言问候语，其中有四种来自中国，就是普通话、闽南语、粤语、吴语。

萨根还在上面刻录了27首经典音乐作品，其中有一首就是中国的《高山流水》。

萨根还在上面刻录了115张图片，其中有一张就是中国的长城。

……

制作完这个金属唱片后，科学家们又在唱片的封面上，分别用数学和物理语言，刻画了唱片的播放方式，以及探测器的发射时间，并在上面标注了地球所处的位置。

最后，科学家们又在唱片一个2厘米区域镀了一层超纯铀238。铀238会稳定衰变为铅206，半衰期为44亿5千万年。

“外星人可以通过这个方式，计算旅行者号飞越的时间。”

两张相同的“金属唱片”，就这样被牢牢固定在了旅行者1号、2号上。

6、开启旅程

1977年8月20日，NASA成功发射了旅行者2号。旅行者2号肩负的任务是：探索木星—土星—天王星—海王星。 1977年9月5日，NASA又成功发射了旅行者1号。旅行者1号肩负的任务是：探索木星—土星—天王星—海王星。

▲ 旅行者1号和2号的轨迹图 

“行星壮游”就这样开始了。 两艘旅行者号采用电磁波的形式，传回了一系列震撼人心的信息和图片。

1979年2月13日， 旅行者1号拍下了木星和它的两颗卫星。 左边是木卫一，右边是木卫二。

旅行者1号， 还拍下著名的木星红斑。 那里的风暴， 已经刮了400年。 充满活力的云带， 以超过600千米的时速， 不断绕着木星大气旋转。

1979年3月， 旅行者1号接近木卫一时， 捕捉到了火山喷发的照片， 这是人类第一次在太阳系其他天体上发现活火山。

1979年7月7日， 旅行者2号拍摄的结满冰层的木卫四。

1979年7月9日， 旅行者2号拍摄的木卫二， 发现其结冰表面之下， 竟是全球海洋。

1979年7月 旅行者2号拍下的木星照片。

1977年9月18日， 旅行者1号在距离地球1166万千米处， 拍摄的新月形的地球与月亮。

1981年8月， 旅行者2号拍下土星和它的4个卫星： 土卫三、土卫四、土卫五和土卫一。

1981年8月22日， 旅行者2号在距离土星400万千米处， 拍下了土星的大光环。

1981年8月， 旅行者2号拍摄的土卫二， 它是一颗在表面冰层下拥有海洋的星球。

1980年11月， 旅行者1号回望土星时， 拍下了这幅土星及土星环的全景图。 当时，它距离土星大约530万公里。 四天前，它刚刚从土星边上飞过。

1986年1月初， 旅行者2号近距离经过了 太阳系第七颗行星——天王星。 美丽的天王星， 犹如天使的梦境般纯粹。 这是人类目前唯一一次近距离拜访天王星。

1986年1月25日， 旅行者2号拍摄的天王星， 当时它正离开天王星，前往海王星。

1989年8月20日， 旅行者2号在距离天王星约700万千米， 拍下了这张海王星照片。

1989年8月 旅行者2号拍摄的海王星和海卫一， 当时它距离海王星大约486万千米。

1989年8月24日， 旅行者2号拍下的海卫一。 旅行者1号和2号，拍下了数以万计的壮丽图片，在这里就不一一列举了。

这次“行星壮游”，获得的重大发现实在是太多太多了：

第一次发现木星大红斑是个反气旋风暴。

第一次发现地球之外的太阳系行星存在活火山。

第一次发现竟然存在沿行星自转方向逆行的大卫星。

第一次发现天王星竟被汪洋大海覆盖，深度达8000千米。

第一次发现海王星磁场竟然沿赤道横向分布。

…………

这样的第一次实在是太多了。

关于这次“行星壮游”的意义，旅行者号计划首席科学家爱德华·斯通，说了这样一句话：

“旅行者号的发现告诉我们，仅仅根据地球来了解太阳系，视角实在太过狭隘，我们必须重新思考地球，地球是如何演化的，以及变化的潜力。”

7、暗淡蓝点

这次“行星壮游”，旅行者1号和2号非常想完成的一个任务，就是探索土卫六，也就是泰坦（Titan）。

因为泰坦拥有最接近地球的大气，所以科学家们想看一看，这是不是一颗“史前地球”。

1980年11月，旅行者1号终于接近泰坦，没想到泰坦大气雾霾太过浓密，旅行者1号无法看清其表面。于是项目组决定：“让旅行者1号以极近距离掠过泰坦。”

结果近距离靠近后，依然无法看清土卫六，旅行者1号只好放弃对土卫六的探索。

但这次驶近土卫六，让旅行者1号受到了额外的引力影响，它失去了借助木星飞往天王星和海王星的机会，只得离开土星后直接飞向太阳系外。

于是旅行者1号完成土星任务后，便开始向太阳系外飞去。

2012年8月25日，旅行者1号终于穿过太阳风层，进入寒冷黑暗的星际空间。

最后它将穿过奥尔特云，飞向下一个恒星系。

旅行者1号，就这样成了人类第一个进入星际空间的人造物体。

旅行者1号现在距离我们多远？

大约145AU，即144个地球到太阳的距离，即便是光，也需要行走20小时6分钟。

▲ 卡尔·萨根 

1980年，旅行者1号完成土星任务后，就关闭了摄像头。

但几年后，萨根突然脑洞打开：希望旅行者1号到达太阳风边缘时，再拍摄一次地球。

如果成功，这将是人类最遥远的一次回眸。

但萨根的想法没得到项目组支持，因为项目组不想再增加额外费用。但萨根不死心，他去恳求美国宇航局局长、海军上将特鲁利。

终于，他说服了将军。

于是1990年2月14日，也就是情人节那天，旅行者1号重启摄像头，在距离地球40亿公里处，拍下了这张“暗淡蓝点”照片。

▲ 这张“暗淡蓝点”照片，

在“太空看地球十佳照片”中排名第一 。

照片中那0.12像素的暗淡蓝点，就是我们生活的地球。

看到这张照片后，萨根写下了著名的一段话：

“细心再看，你会看见一个小点。

再看看那个光点，它就在这里。

那是我们的家园，我们的一切。

你所爱的每一个人，

你认识的每一个人，

你听说过的每一个人，

曾经有过的每一个人，

都在它上面度过他们的一生。

数以千计的自以为是的

宗教、意识形态和经济学说，

所有的猎人与强盗、英雄与懦夫，

文明的缔造者与毁灭者，

国王与农夫、年轻的情侣，

母亲与父亲、满怀希望的孩子，

发明家和探险家、德高望重的教师，

腐败的政客、超级明星、最高领袖，

人类历史上的每一个圣人与罪犯，

都住在这里——

一粒悬浮在阳光中的微尘。

…………

有人说过，天文学令人感到自卑

并能培养个性。

除了这张从远处拍摄

我们这个微小世界的照片，

大概没有别的更好办法

可以揭示人类妄自尊大是何等愚蠢。

对我来说，

这强调说明我们有责任更友好地相处，

并且要保护和珍惜这个淡蓝色的光点，

这是我们迄今所知的惟一家园。”

8、旅行者2号

▲ 旅行者2号飞行轨迹

在完成海王星观测任务后，旅行者2号开始向太阳风层边缘驶去。

2018年11月5日旅行者2号终于飞出太阳风层边界，成为第二个进入星际空间的人造物体。

旅行者2号，作为一个人造探测器，一口气探索了四颗行星，这不仅是一种前所未有的壮举，更是一次里程碑式的太空探索。

再经过大约300多年，旅行者2号将驶入奥尔特云，如果不发生意外，再经过大约3万年时间，旅行者2号将驶出奥尔特云，飞向下一个恒星系。

很多年很多年以后的一天，如果旅行者1号和2号，有幸能够被外星人截获。当外星人打开唱片时，会听到美国前总统卡特留下的一段话：

“这是一份来自遥远而渺小的世界的礼物。

上面记载着我们的声音、我们的科学、我们的影像、我们的音乐、我们的思想和感情。

我们正努力使地球的文明长久延续，

从而与你们的文明交汇。

希望有朝一日，

地球人能够克服自己面临的困难，

加入宇宙文明的大家庭。

这张唱片代表了我们的期望和决心，

代表了向广袤宇宙发出的美好祝愿。”

关于作者 /本文转载自“拾遗”（ID：shiyi201633）。

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