環(huán)球精選！探索太陽(yáng)系邊疆的先驅(qū)：先驅(qū)者10號(hào)丨行星壯游

先驅(qū)者10號(hào)是第一個(gè)成功實(shí)現(xiàn)木星近距離探測(cè)的探測(cè)器，也是第一個(gè)成功實(shí)現(xiàn)外行星（木星、土星、天王星與海王星）近距離探測(cè)的探測(cè)器。它的成功為后續(xù)的外行星探測(cè)器積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)。人類進(jìn)入外行星探測(cè)時(shí)代，其起點(diǎn)就是先驅(qū)者10號(hào)，“先驅(qū)者”實(shí)至名歸。它的成功，在外行星探測(cè)領(lǐng)域的荒漠中制造出第一片綠洲。

(資料圖片僅供參考)

撰文 | 王善欽

在人造衛(wèi)星升空之后，人類開(kāi)始發(fā)射無(wú)人探測(cè)器，用以近距離探測(cè)太陽(yáng)系內(nèi)的行星。在這些行星中，“外行星”（木星、土星、天王星與海王星）的探測(cè)更具挑戰(zhàn)性，這是因?yàn)椋菏紫?，它們比“?nèi)行星”更遠(yuǎn)，因此需要更強(qiáng)大的火箭與更先進(jìn)的軌道控制技術(shù)；其次，也因?yàn)樗鼈兏h(yuǎn)，它們附近的太陽(yáng)光的輻射更弱，因此需要太陽(yáng)能電池之外的其他能源為儀器提供電能。

人類并未因?yàn)檫@些困難而退卻。經(jīng)過(guò)科學(xué)家與工程師的通力合作，人類最終成功發(fā)射了一系列探測(cè)器，實(shí)現(xiàn)了近距離探測(cè)四顆外行星的偉大壯舉，使人類對(duì)外行星的認(rèn)識(shí)發(fā)生了質(zhì)的飛躍。先驅(qū)者10號(hào)（Pioneer 10）是這一系列探測(cè)器中的第一個(gè)，也是獲得成功的第一個(gè)。

先驅(qū)者10號(hào)與木星的藝術(shù)想象合成圖。圖片來(lái)源：Rick Guidice

緣起：近200年一遇的機(jī)會(huì)

1964年，美國(guó)國(guó)家航天航空局（NASA）噴氣推動(dòng)實(shí)驗(yàn)室（JPL）的航天工程師嘉利·法蘭德羅（Gary Flandro，1934-）指出：70年代末，木星、土星、天王星與海王星位于同一側(cè)，且?guī)缀醭梢恢本€。如果能夠提前幾年向那個(gè)方向發(fā)射探測(cè)器，探測(cè)器就可以在1980年左右依次經(jīng)過(guò)這四顆巨行星，通過(guò)飛掠的方式近距離探測(cè)它們。

采用這個(gè)方案，探測(cè)器不僅可以依次飛掠四顆外行星，而且每飛掠一顆外行星，行星的引力加速效應(yīng)都將提高探測(cè)器速度，從而節(jié)省大量燃料與近一半的飛越時(shí)間。

這樣的情況每175年才出現(xiàn)一次，因此這個(gè)機(jī)會(huì)非常珍貴。為此，NASA啟動(dòng)了探索外行星的計(jì)劃。經(jīng)過(guò)討論，專家們初步計(jì)劃發(fā)射4個(gè)探測(cè)器，其中兩個(gè)探測(cè)器探索木星、土星和冥王星，另外兩艘探索木星、天王星和海王星。這就是著名的“行星壯游”（Planetary Grand Tour）項(xiàng)目。[注1]當(dāng)時(shí)冥王星還位列“九大行星”之列，因此它也被作為“行星壯游”項(xiàng)目的核心觀測(cè)目標(biāo)之一。

為了給“壯游”項(xiàng)目提供寶貴的經(jīng)驗(yàn)，NASA的艾姆斯（Ames）研究中心（ARC）于1964年提出 “銀河系木星探測(cè)器”（Galactic Jupiter Probes）項(xiàng)目。該項(xiàng)目將發(fā)射兩個(gè)一樣的探測(cè)器，使它們穿過(guò)小行星帶，并探索木星。這兩個(gè)探測(cè)器中，一個(gè)作為另一個(gè)的備份——如果一個(gè)失敗，則由另一個(gè)完成前者的任務(wù)。

1969年2月，NASA批準(zhǔn)了這個(gè)項(xiàng)目。該項(xiàng)目的兩個(gè)探測(cè)器在被發(fā)射前不久被分別命名為“先驅(qū)者10號(hào)”與“先驅(qū)者11號(hào)”（Pioneer 11）。它們一開(kāi)始就從“10號(hào)”開(kāi)始編號(hào)，是因?yàn)镹ASA從1958年開(kāi)始已發(fā)射多個(gè)先驅(qū)者探測(cè)器，它們的編號(hào)依次為0、1、2、3、4、P-1、P-3、5、P-30、P-31、6（A）、7（B）、8（C）、9（D）與E。這些探測(cè)器分別被用以探測(cè)月球與研究太陽(yáng)性質(zhì)，有的成功，有的失敗。

“先驅(qū)者10號(hào)”與“先驅(qū)者11號(hào)”一開(kāi)始的編號(hào)為F與G。它們分別是先驅(qū)者系列中第一個(gè)與第二個(gè)探索外行星的探測(cè)器。所有先驅(qū)者系列探測(cè)器都由ARC的先驅(qū)者號(hào)團(tuán)隊(duì)負(fù)責(zé)運(yùn)營(yíng)。

先驅(qū)者6-13號(hào)的外形的藝術(shù)想象圖。最左為先驅(qū)者6、7、8、9號(hào)，左二為先驅(qū)者10號(hào)與11號(hào)，左三與最右分別是探測(cè)金星的先驅(qū)者12號(hào)與先驅(qū)者13號(hào)。圖片來(lái)源：NASA結(jié)構(gòu)與儀器

先驅(qū)者10號(hào)是無(wú)人飛船。它有以下幾大重要部件：電源、推進(jìn)與姿態(tài)控制系統(tǒng)、科學(xué)儀器與天線。

為了解決外太陽(yáng)系太陽(yáng)能不足的問(wèn)題，先驅(qū)者10號(hào)安裝了4個(gè)放射性同位素?zé)犭姍C(jī)（radioisotope thermoelectric generators，RTG），使用壓縮钚-238氧化物球，因此該電源也被稱為钚核電池。它們被放置在兩個(gè)三桿桁架上，兩個(gè)桁架之間的夾角為120度，距離探測(cè)器上的儀器足夠遠(yuǎn)，就像蝸牛伸出的兩個(gè)觸角。在剛發(fā)射時(shí)，RTG產(chǎn)生的熱可以制造出約155瓦的電功率。由于放射性物質(zhì)的衰變，RTG的功率會(huì)不斷降低，但在飛到木星時(shí)，其輸出電功率依然有140瓦，而探測(cè)器正常運(yùn)行只需要100瓦的電功率。

先驅(qū)者10號(hào)與11號(hào)的4個(gè)放射性同位素?zé)犭姍C(jī)中的2個(gè)被放置在一個(gè)延伸桁架上。圖片來(lái)源：https://history.nasa.gov/SP-349/ch3.htm

先驅(qū)者10號(hào)上安裝了6個(gè)MR-103肼推進(jìn)器，它們被配成3對(duì)，用于改變速度、控制姿態(tài)與調(diào)整旋轉(zhuǎn)速度。推進(jìn)器里面的36千克推進(jìn)劑被裝在直徑為42厘米的球形箱子里。

先驅(qū)者10號(hào)上面的儀器有：氦矢量磁強(qiáng)計(jì)（Helium Vector Magnetometer，HVM）、四球面等離子體分析儀（Quadrispherical Plasma Analyzer）、帶電粒子設(shè)備（Charged Particle Instrument，CPI）、宇宙線望遠(yuǎn)鏡（Cosmic Ray Telescope，CRT）、蓋革管望遠(yuǎn)鏡（Geiger Tube Telescope，GTT）、俘獲輻射探測(cè)器（Trapped Radiation Detector，TRD）、流星體探測(cè)器（Meteoroid Detectors）、小行星/流星體探測(cè)器（Asteroid/Meteoroid Detector，AMD）、紫外光度計(jì)（Ultraviolet Photometer）、成像偏振測(cè)光計(jì)（Imaging Photopolarimeter，IPP）與紅外輻射計(jì)（Infrared Radiometer）。

圖：先驅(qū)者10號(hào)（也是先驅(qū)者11號(hào)）的結(jié)構(gòu)圖。主天線（高增益天線）中間未被標(biāo)注的是中增益天線。圖片來(lái)源：NASA，Vectors by Mysid；王善欽譯

先驅(qū)者10號(hào)的無(wú)線電通信系統(tǒng)包括一個(gè)直徑2.7米的拋物面高增益天線與一個(gè)中增益天線。天線用以接收地球上的深空網(wǎng)絡(luò)站點(diǎn)（DSN）發(fā)送的信號(hào)指令，并向DSN發(fā)送獲得的數(shù)據(jù)。

根據(jù)儀器的名稱，我們會(huì)發(fā)現(xiàn)它們中的大部分將被用以探測(cè)宇宙線、各種帶電粒子、等離子體、磁場(chǎng)、流星、小行星。其余的儀器負(fù)責(zé)拍攝紫外線、可見(jiàn)光與紅外線圖像。

先驅(qū)者10號(hào)上面的成像偏振測(cè)光計(jì)由口徑僅為2.54厘米（1英寸）的小望遠(yuǎn)鏡與兩個(gè)探測(cè)器組成。這兩個(gè)探測(cè)器分別與紅色濾光片與藍(lán)色濾光片匹配。光進(jìn)入望遠(yuǎn)鏡之后，經(jīng)過(guò)濾光片，然后在探測(cè)器上成像。結(jié)合兩個(gè)探測(cè)器得到的圖像，可以合成目標(biāo)幾乎真實(shí)的顏色。

所有儀器與零部件安裝好之后，先驅(qū)者10號(hào)的長(zhǎng)度（從中增益天線開(kāi)始到飛船尾部）為2.9米，最大直徑（即高增益天線的直徑）為2.7米。在升空之前，先驅(qū)者10號(hào)的質(zhì)量為258千克。

即將完工的先驅(qū)者10號(hào)。圖片來(lái)源：NASA Ames Research Center

先驅(qū)者10號(hào)升空

1972年3月3日（世界標(biāo)準(zhǔn)時(shí)），先驅(qū)者10號(hào)搭載擎天神-半人馬（Atlas-Centaur）火箭升空。這款火箭為先驅(qū)者10號(hào)定制了推力巨大的第三級(jí)固體發(fā)動(dòng)機(jī)，它可以將探測(cè)器加速到14.4千米每秒，這是先驅(qū)者10號(hào)可以飛到木星的重要保證之一。

先驅(qū)者10號(hào)搭載擎天神-半人馬（Atlas-Centaur）火箭升空。圖片來(lái)源：NASA Ames Resarch Center (NASA-ARC)

因?yàn)樗俣染薮?，先?qū)者10號(hào)僅用了19分鐘就進(jìn)入行星際空間（行星與行星之間的空間被稱為行星際空間；恒星與恒星之間的空間被稱為星際空間；二者并不相同，不能混淆）。11小時(shí)后，先驅(qū)者10號(hào)經(jīng)過(guò)月球，成為截至當(dāng)時(shí)為止最快的人造天體。

火箭還使升空后的先驅(qū)者10號(hào)以每分鐘60轉(zhuǎn)的速度繞著高增益天線的對(duì)稱軸旋轉(zhuǎn)。隨著三個(gè)桁架（第三個(gè)桁架用以放置氦矢量磁強(qiáng)計(jì)）伸出，它的轉(zhuǎn)速降低到每分鐘4.8轉(zhuǎn)，此后它保持這個(gè)轉(zhuǎn)速自轉(zhuǎn)。自轉(zhuǎn)的一個(gè)目的是控制穩(wěn)定，另一個(gè)目的是使探測(cè)器可以在目標(biāo)區(qū)域附近改變望遠(yuǎn)鏡或探測(cè)器的指向，進(jìn)行更大范圍的成像或測(cè)量。

發(fā)射之后10天內(nèi)，先驅(qū)者10號(hào)上面的儀器被先后啟動(dòng)。在穿越行星際空間時(shí)，先驅(qū)者10號(hào)成為第一個(gè)探測(cè)到行星際氦原子的探測(cè)器，并探測(cè)到來(lái)自太陽(yáng)風(fēng)的高能鋁離子與鈉離子。

先驅(qū)者10號(hào)的藝術(shù)想象圖。圖片來(lái)源：NASA/Don Davis

發(fā)射后僅12周，先驅(qū)者10號(hào)穿過(guò)火星軌道，并朝著位于火星與木星軌道之間的小行星帶飛去。這里分布著大量小行星，因此得名。

1972年7月15日，先驅(qū)者10號(hào)進(jìn)入小行星帶，成為第一個(gè)進(jìn)入小行星帶的航天器。

1972年8月7日，先驅(qū)者10號(hào)在距離太陽(yáng)2.2天文單位（3.3億千米）處探測(cè)到一次猛烈的太陽(yáng)風(fēng)爆發(fā)時(shí)產(chǎn)生的激波，為太陽(yáng)物理的研究提供了重要的數(shù)據(jù)。

在穿行小行星帶期間，先驅(qū)者10號(hào)沒(méi)有受到大的塵埃顆粒的碰撞，這表明小行星帶內(nèi)部非?？諘?。在此期間，先驅(qū)者10號(hào)精確確定了小行星帶內(nèi)不同尺寸的塵埃顆粒的密度，并測(cè)量了行星際空間塵埃顆粒散射陽(yáng)光后形成光（“黃道光”）的強(qiáng)度。

1973年2月15日，先驅(qū)者10號(hào)安全穿出小行星帶，前往木星，此時(shí)它已經(jīng)飛行了約4.35億千米。

先驅(qū)者10號(hào)飛掠木星系統(tǒng)

1973年11月6日，先驅(qū)者10號(hào)距離木星2500萬(wàn)千米，先驅(qū)者號(hào)團(tuán)隊(duì)發(fā)出指令，開(kāi)始測(cè)試它的成像系統(tǒng)，隨后成功獲得木星的圖像。在靠近木星的過(guò)程中，它拍攝到大量月牙狀的木星；隨著它即將進(jìn)入木星陰影區(qū)，它看到“月牙”越來(lái)越細(xì)。先驅(qū)者10號(hào)接近木星期間多次拍攝的木星，顯示出明顯的類似于月相變化的現(xiàn)象。圖片來(lái)源：NASA

1973年11月26日，先驅(qū)者10號(hào)探測(cè)到的太陽(yáng)風(fēng)粒子的數(shù)目急劇減少，溫度升高約100倍，這意味著它到達(dá)木星磁層邊緣、開(kāi)始進(jìn)入木星磁層。在木星磁場(chǎng)邊緣，太陽(yáng)風(fēng)撞擊磁層，形成弓形激波；磁層對(duì)太陽(yáng)風(fēng)的阻擋導(dǎo)致太陽(yáng)風(fēng)速度大大降低。這一天，先驅(qū)者號(hào)團(tuán)隊(duì)收到先驅(qū)者10號(hào)拍攝的12張木星圖像。一天后，先驅(qū)者10號(hào)穿過(guò)木星磁層頂。

1973年11月29日，先驅(qū)者10號(hào)穿過(guò)了木星的所有外層衛(wèi)星的軌道。從12月1日開(kāi)始，離木星足夠近的先驅(qū)者10號(hào)拍攝的木星照片的品質(zhì)超過(guò)了當(dāng)時(shí)地球上望遠(yuǎn)鏡能夠得到最好的木星圖像品質(zhì)。

1973年12月3日，先驅(qū)者10號(hào)開(kāi)始飛掠木星系統(tǒng)。它于當(dāng)天的12:26:00、13:56:00、19:26:00與22:56:00依次飛掠了木衛(wèi)四（距離139.23萬(wàn)千米）、木衛(wèi)三（距離44.625萬(wàn)千米）、木衛(wèi)二（距離32.1萬(wàn)千米）與木衛(wèi)一（距離35.7萬(wàn)千米）。

先驅(qū)者10號(hào)于1973年12月2日-6日的運(yùn)行軌跡以及它于1973年12月4日飛掠木星系統(tǒng)時(shí)木星與其四顆衛(wèi)星的位置。圖片來(lái)源：Tomruen；王善欽譯

先驅(qū)者10號(hào)拍攝的木衛(wèi)三的圖像表明后者的中央和南極附近的反照率較低，北極更亮。

先驅(qū)者10號(hào)于1973年12月3日拍攝的木衛(wèi)三。圖片來(lái)源：NASA

先驅(qū)者10號(hào)與木衛(wèi)二的距離始終太遠(yuǎn)，因此人們無(wú)法從它拍攝的木衛(wèi)二圖像中分析出足夠的細(xì)節(jié)。但是，它得到的圖像依然表明木衛(wèi)二的整體反照率比較高，且擁有一些比較寬的暗區(qū)域。這些特征被后來(lái)的其他探測(cè)器進(jìn)一步證實(shí)。

先驅(qū)者10號(hào)于1973年12月3日拍攝的木衛(wèi)二的圖像。圖片來(lái)源：NASA

1973年12月4日02:26:00，先驅(qū)者10號(hào)到達(dá)它的近木點(diǎn)（物體圍繞木星運(yùn)轉(zhuǎn)的軌道中最接近木星的點(diǎn)），距離木星云頂13.2252萬(wàn)千米。此時(shí)，它的速度為35千米每秒。10分鐘后，先驅(qū)者10號(hào)穿越木星赤道面。大約78分鐘后，它進(jìn)入木星背后（相對(duì)當(dāng)時(shí)地球的視線方向），進(jìn)行無(wú)線電掩蔽實(shí)驗(yàn)。

先驅(qū)者10號(hào)飛掠木星期間拍攝的木星。圖中黑點(diǎn)是木衛(wèi)一的投影。圖片來(lái)源：NASA

在靠近木星期間，木星對(duì)先驅(qū)者10號(hào)的輻射強(qiáng)度一度達(dá)到預(yù)期強(qiáng)度的大約10倍。強(qiáng)輻射嚴(yán)重干擾了先驅(qū)者10號(hào)的多個(gè)儀器，使它們先后暫時(shí)失靈，并導(dǎo)致了大量指令發(fā)生錯(cuò)誤。幸好，在系統(tǒng)即將徹底報(bào)廢前幾分鐘，輻射強(qiáng)度突然降低，先驅(qū)者號(hào)團(tuán)隊(duì)也通過(guò)應(yīng)急命令糾正了大部分錯(cuò)誤指令。

此后，先驅(qū)者號(hào)團(tuán)隊(duì)分析了輻射突然降低的原因，發(fā)現(xiàn)這是因?yàn)槟拘堑拇艌?chǎng)是環(huán)繞著赤道的環(huán)向磁場(chǎng)，而且會(huì)擺動(dòng)。這使得木星磁場(chǎng)從某個(gè)時(shí)刻開(kāi)始不再籠罩先驅(qū)者10號(hào)，后者因此死里逃生。

盡管木星的強(qiáng)輻射干擾了先驅(qū)者10號(hào)，但上面的11個(gè)儀器中依然有6個(gè)始終正常工作，成像系統(tǒng)向地球傳回了木星及它的一些衛(wèi)星的約500張圖像。這些圖像中分辨率最高的達(dá)到320千米每像素。

1974年1月1日，先驅(qū)者10號(hào)結(jié)束探測(cè)木星系統(tǒng)的任務(wù)，開(kāi)始執(zhí)行星際任務(wù)。[注2]1997年3月31日，先驅(qū)者10號(hào)結(jié)束所有任務(wù)。

先驅(qū)者10號(hào)一度是距離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的人造天體。1998年2月17日，旅行者1號(hào)超越先驅(qū)者10號(hào)，當(dāng)時(shí)二者距離地球約69.419天文單位（104.1億千米）。從那時(shí)到現(xiàn)在，先驅(qū)者10號(hào)是距離太陽(yáng)第二遠(yuǎn)的人造天體。2023年4月，旅行者2號(hào)將超越先驅(qū)者10號(hào)，從而使后者成為距離太陽(yáng)第三遠(yuǎn)的人造天體。

2002年4月27日，地面最后一次接收到它發(fā)回的數(shù)據(jù)，此時(shí)它距離地球80.22 天文單位。2003年1月23日，地面最后一次接收到它的微弱信號(hào)。2003年2月7日，地面無(wú)法聯(lián)系上它。

給外星人的金屬牌

先驅(qū)者10號(hào)上面放置著一個(gè)包含一些重要信息的鍍金鋁牌。這是人類首次在探測(cè)器上安放、意在讓外星人了解地球信息的信息牌。此后的先驅(qū)者11號(hào)、旅行者1號(hào)與旅行者2號(hào)都采用了類似方案，其中先驅(qū)者11號(hào)上的牌子與先驅(qū)者10號(hào)上的牌子完全一樣。[注3]

先驅(qū)者10號(hào)上面的牌子的質(zhì)量約120克，它的寬度、高度與厚度分別為22.86厘米、15.24厘米與1.27毫米。

先驅(qū)者10號(hào)上面攜帶的銘牌。圖片來(lái)源：NASA

牌子左上方是氫原子超級(jí)精細(xì)結(jié)構(gòu)躍遷的圖。氫原子的電子的自旋方向改變時(shí)，發(fā)射出的光子的周期是0.704納秒，[注4]1納秒等于10億分之1秒。這個(gè)信息可以讓外星人了解人類測(cè)量時(shí)間的方式之一。在兩個(gè)氫原子之間的連線的中點(diǎn)處，有一個(gè)非常短的垂直線，代表二進(jìn)制的1。

牌子中左側(cè)多條線的中心表示太陽(yáng)系。從這個(gè)中心點(diǎn)向右邊延伸過(guò)去的最長(zhǎng)的線表示太陽(yáng)與銀河系中心的相對(duì)距離；從中心向周圍散開(kāi)的另外14條線代表地球與14顆脈沖星的相對(duì)距離。這14條線由二進(jìn)制數(shù)字構(gòu)成，表示對(duì)應(yīng)的脈沖星的自轉(zhuǎn)周期。外星人可以通過(guò)周期找到對(duì)應(yīng)的脈沖星，從而確定出太陽(yáng)系的位置。

牌子中的人像表示地球上成年男性與女性的輪廓。男性舉起的右手表示友好。女性的頭與腳的地方的平行線夾著的符號(hào)表示二進(jìn)制的8，表示這位女性的身高約為8英尺（168厘米）。與人像部分重疊的是先驅(qū)者10號(hào)的輪廓，與人的大小嚴(yán)格成比例。

牌子的最下方是太陽(yáng)系，從左到右依次是太陽(yáng)、水星、金星、地球、火星、木星、土星、天王星、海王星與冥王星；曲線代表先驅(qū)者10號(hào)的飛行軌跡：從地球出發(fā)，飛掠木星后離開(kāi)太陽(yáng)系。行星上方或下方的符號(hào)代表它們與太陽(yáng)的相對(duì)距離的二進(jìn)制數(shù)字，單位是水星軌道平均半徑的0.1倍。

被放置到先驅(qū)者10號(hào)上面的銘牌。圖片來(lái)源：NASA/HQ

現(xiàn)在，先驅(qū)者10號(hào)朝著恒星畢宿五（金牛座α星）的方向前進(jìn)。畢宿五是一顆紅巨星，距離太陽(yáng)系約65光年（1光年接近10萬(wàn)億千米），先驅(qū)者10號(hào)需要200多萬(wàn)年才能到達(dá)它。

2019年，有人[注5]用Gaia衛(wèi)星獲得的恒星位置與運(yùn)動(dòng)速度、方向的數(shù)據(jù)推斷出更“樂(lè)觀”的結(jié)果：約9萬(wàn)年后，先驅(qū)者10號(hào)將飛掠矮星HIP 117795，與它最近時(shí)的距離為0.75光年；這是它未來(lái)幾百萬(wàn)年內(nèi)它能夠遇到的最近的恒星。不過(guò)，0.75光年約為地球與太陽(yáng)之間距離（1.5億千米）的5萬(wàn)倍，外星人所在的星球不可能離母恒星那么遠(yuǎn)。因此，要想讓先驅(qū)者10號(hào)被外星人（如果有）截獲，還需要更漫長(zhǎng)的歲月。

月掩畢宿五。圖片來(lái)源：Christina Irakleous

碩果累累，意義重大

先驅(qū)者10號(hào)創(chuàng)造了多個(gè)第一：它是第一個(gè)探測(cè)外行星的探測(cè)器，它是第一個(gè)穿越小行星帶的探測(cè)器，它是第一個(gè)近距離探測(cè)木星系統(tǒng)的探測(cè)器，它是第一個(gè)達(dá)到第三宇宙速度從而可以離開(kāi)太陽(yáng)系的人造天體，它是第一個(gè)使用核電池的探測(cè)器，它是第一個(gè)實(shí)現(xiàn)引力輔助加速與變軌的外行星探測(cè)器，等等。

它對(duì)木星的探測(cè)，實(shí)現(xiàn)了人類近距離觀測(cè)木星的夢(mèng)想，獲得了豐碩的成果。從開(kāi)始觀測(cè)到結(jié)束觀測(cè)，在近60天的時(shí)間內(nèi)，先驅(qū)者號(hào)團(tuán)隊(duì)共發(fā)出約16000條指令，讓先驅(qū)者10號(hào)執(zhí)行了各種觀測(cè)任務(wù)。在此期間，它17次穿越木星磁層的弓形激波，拍攝了木星及其衛(wèi)星的約500張圖像，測(cè)量或觀測(cè)了木星的磁層、輻射帶、磁場(chǎng)、大氣、引力場(chǎng)等各種性質(zhì)，大大深化了人類對(duì)木星系統(tǒng)的認(rèn)識(shí)，并開(kāi)啟了木星各方面研究的先河。

先驅(qū)者10號(hào)的成功為先驅(qū)者11號(hào)（探測(cè)木星與土星）、旅行者1號(hào)（探測(cè)木星與土星）、旅行者2號(hào)（探測(cè)木星、土星、天王星與海王星）、伽利略號(hào)（探測(cè)木星）、朱諾號(hào)（探測(cè)木星）、卡西尼-惠更斯號(hào)（探測(cè)土星與土衛(wèi)六）、新視野號(hào)（探測(cè)冥王星）等探測(cè)器積累了寶貴的經(jīng)驗(yàn)，成為它們的先驅(qū)。

為了紀(jì)念先驅(qū)者10號(hào)的貢獻(xiàn)，美國(guó)郵政局于1975年2月10日發(fā)行了一枚以先驅(qū)者10號(hào)為主題的紀(jì)念郵票。

1975年被發(fā)行的先驅(qū)者10號(hào)的郵票。圖片來(lái)源：US Post Office; Hi-res scan of postage stamp by Gwillhickers

先驅(qū)者10號(hào)啟動(dòng)了人類探索外行星的時(shí)代，在外行星探測(cè)領(lǐng)域的荒漠中制造出第一片綠洲。此后，隨著其他外行星探測(cè)器獲得成功，更多綠洲涌現(xiàn)出來(lái)。

注釋

[注1]英文中的Grand Tour原意指歐洲人或英國(guó)人巡游整個(gè)歐洲大陸，其含義與漢語(yǔ)中的“壯游”對(duì)應(yīng)。

[注2]早在它穿出小行星軌道時(shí)，先驅(qū)者號(hào)團(tuán)隊(duì)就已選擇了一條路徑，使其在飛掠木星系統(tǒng)時(shí)可以借助木星強(qiáng)大引力產(chǎn)生的“引力彈弓”效應(yīng)來(lái)實(shí)現(xiàn)加速與變軌，飛離太陽(yáng)系。先驅(qū)者10號(hào)飛掠木星時(shí)實(shí)現(xiàn)了這個(gè)方案，它也因此成為第一個(gè)實(shí)現(xiàn)引力加速變軌方案的外行星探測(cè)器。

[注3]在先驅(qū)者10號(hào)與11號(hào)上放置金屬牌的想法最早由埃里克·博格斯（Eric Burgess，1920-2005）最早提出。他希望高級(jí)智慧生命（外星人）將來(lái)截獲在太空中漫游的探測(cè)器，通過(guò)牌子知道宇宙中還有另外一群智慧生命生活在太陽(yáng)系的地球上，并知道地球與人類有關(guān)的信息。博格斯將這個(gè)想法告訴卡爾·薩根（Carl Sagan，1934-1996）。薩根對(duì)這個(gè)想法極有興趣，并正式向NASA申請(qǐng)執(zhí)行這個(gè)計(jì)劃。NASA批準(zhǔn)了這個(gè)想法。薩根與弗蘭克·德雷克（Frank Drake，1930-2022）合作設(shè)計(jì)了這個(gè)牌子。牌子上的插圖由薩根當(dāng)時(shí)的妻子琳達(dá)·薩根（Linda Salzman Sagan，1940-）負(fù)責(zé)。

[注4]這種躍遷產(chǎn)生的電磁波的波長(zhǎng)是21.106厘米，頻率是1420.405 MHz，該頻率對(duì)應(yīng)的周期是0.704納秒。

[注5] Bailer-Jones, Coryn A. L. & Farnocchia, Davide, Future Stellar Flybys of the Voyager and Pioneer Spacecraft, Research Notes of the American Astronomical Society, 2019, 3, 59. 這篇論文的擴(kuò)展版本見(jiàn)：arXiv:1912.03503 (https://arxiv.org/abs/1912.03503)

出品：科普中國(guó)

特 別 提 示

1. 進(jìn)入『返樸』微信公眾號(hào)底部菜單“精品專欄“，可查閱不同主題系列科普文章。

2. 『返樸』提供按月檢索文章功能。關(guān)注公眾號(hào)，回復(fù)四位數(shù)組成的年份+月份，如“1903”，可獲取2019年3月的文章索引，以此類推。

版權(quán)說(shuō)明：歡迎個(gè)人轉(zhuǎn)發(fā)，任何形式的媒體或機(jī)構(gòu)未經(jīng)授權(quán)，不得轉(zhuǎn)載和摘編。轉(zhuǎn)載授權(quán)請(qǐng)?jiān)凇阜禈恪刮⑿殴娞?hào)內(nèi)聯(lián)系后臺(tái)。

標(biāo)簽： 小行星帶