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先驱者号探测器是美国发射的行星和行星际探测器系列之一，从1958年10月到1978年8月，共发射了13个，其中先驱者10、11号最为引人注目。 先驱者10号 于1972年发射，是人类向太阳系以外送去的第一个人造物体｡在成功发射之后，“先驱者"10号"以每小时5万公里的速度飞行,用不到一天的时间接近月球,用11个星期接近火星,用不到两年的时间接近木星｡ 这个探测器曾首次发回详细的木星和土星照片,并且在太阳系边缘的有利位置发回了重要的太阳风和宇宙辐射测量数据。 2003年2月，负责监控这一宇宙探测器的美国宇航局艾姆斯研究中心的科学家说，"先驱者10"号飞离地球96.6亿千米，仍以时速接近4.8万千米的速度飞离太阳系。它发出的无线电信号飞行9个小时才能到达地球，它携带的11台微型热核发电机仅剩1台在工作，传回地面的信号已极其微弱，地面上巨大的射电望远镜在来自宇宙各种嘈杂的声音中勉勉强强才可分辨出探测器发回的信号。因此，艾姆斯研究中心决定放弃所有的努力。 在距离地球120亿公里左右的地方，美国宇航局一个月没有得到先驱者10的信号｡科学家们说，由于能量几乎耗尽，"先驱者10号"的能量已经不足以允许它再发回任何信号，至此它的使命彻底完成｡ "先驱者10号"现在将在寂静中继续进行它的漫长太空旅程，可能前往金牛座｡如果一切顺利，它将在大约200万年后抵达那里｡如果其他的智慧生命截获这个来自地球的使者，他们将会得到"先驱者10号"携带的一张金牌，上面描绘了人类的外貌特征，并且标出了地球和太阳系在宇宙群星中的准确位置｡ 先驱者11号 于1973年4月6日在佛罗里达州发射。1974年12月4日最接近木星，离木星最高云层34,000公里。借着木星的强大引力，探测器改变轨道飞向土星。1979年9月1日最接近土星，离土星最高云层21,000公里。当时旅行者1号及旅行者2号探测器已经过木星，同时朝向土星进发。先驱者11号被设定飞过土星的光环，其轨道将会与即将到达的旅行者一样，用以测试旅行者探测器的轨道。先驱者11号测试该区域，就是要看是否有暗淡光环会损毁探测器。假如探测到有危险存在的话，旅行者探测器将会更改轨道以离开那些光环。 先驱者11号探测器在1985年2月因电池提供的电力开始下降，需要与其他仪器共用电力。最终，基于放射性同位素热电产生器所提供的能源不足以再进行任何实验，探测器的运作及遥测数据于1995年9月30日终止传送。在终止运作之前，探测器当时正处于离开太阳约44.7天文单位的距离，与太阳赤道面成17.4度的倾角，并正以每年2.5天文单位(每秒12公里)的速度飞行。 先驱者11号全长2.9米，设有一条直径2.74米的高增益天线，在高增益天线前面装有一条中增益天线，另外一条全方位低增益天线则装设于高增益天线接收器之下。探测器以两块放射性同位素热电产生器(RTG)作为能源，在拜访木星时仍能产生144瓦特，到达土星时只能产生100瓦特的功率。 探测器上还设有1恒星(老人星)感应器及2个太阳感应器，藉以相对于地球、太阳以及老人星的位置来计算探测器的位置。先驱者11号的恒星感应器及起点设定，是按先驱者10号的经验重新修改的。探测器上的3对火箭推进器负责控制转轴(4.8rpm)以及为探制器提供动力。这3对火箭推进器都可以按指令持续燃点或暂停。 先驱者11号配置的仪器包括磁力计、等离子分析器(太阳风专用)、粒子传感器、离子传感器、探测陨石折射阳光的非影像望远镜、密封并加压的氩气及氮气用以计算陨石的渗透、测紫外光计、测红外光计、影像光偏计用以拍摄照片及计算光偏振，等等。这些仪器负责探测星际间及行星的磁场太阳风、宇宙射线、太阳圈的转变区域、大量存在的中性氢，以及星尘粒子的分布、大小、质量、通量和外太阳系行星极光、电波、卫星大气层，并探测木星、土星及其卫星的表面状况。所获得的数据将按照天体力学及掩星法现象来进行计算处理。 先驱者号异常 在先驱者10号和先驱者11号探测器远离太阳系，距离地球已有数十亿英里的时候，科学家发现有一股奇怪的力量在将这两艘太空船往回拽。 为什么先驱者号运行速度减慢，是否源于探测器自身，还是来自一些暗物质？或者还是一些新物理规律在起作用？科学家无法给出答案。 他们对先驱者10号和先驱者11号跨度长达数十年的空间数据重新处理分析，在对一些遥感数据认真研究之后，科学家或许能够找到上述问题的答案。国际研究小组对这些新数据进行了大约一年的分析，这种神奇力量的来源也许真的可以水落石出了。 在探测器离地球越来越远时，研究人员首先注意到来自探测器的微波振幅出现了跳跃变化。在每个探测器的多普勒频波中发现了未曾料到的振幅变化。飞船的这种多普勒频波一向都比较稳定，它最终可能在漫无边际的太空旅行中摆脱地面人员的监控。 多普勒效应就是波长增加或减少这样的变化。已退休的美宇航局喷气式推进实验室的研究人员约翰·安德森首先发现了先驱者号异常现象，他说："我们有一种多普勒效应的模拟模型，这个模型可以对所有的外空间天体做实时监测，只有模型不工作时这种监测才会消失，我们让这种模型能够对天体监测，所要做的就是让探测器飞向太阳时给它一个稳定的加速度。" 先驱者号异常现象的模型结果不同于一般天体的观察现象。先驱者10号和先驱者11号每个探测器和太阳的实际距离都比按万有引力定律计算的距离要小，二之间大约相差24万英里(40万公里)。按照万有引力定律，物体之间的距离增加其引力要缩小，而先驱者号探测器在加速冲出太阳系时每小时大约30,000英里(48280公里)的速度。 斯拉瓦·图里谢夫是美国宇航局喷气推进实验室的天文物理学家，他14年几乎把所有的时间都用在了研究先驱者号异常现象上。图里谢夫说：“可以说先驱者号对牛顿物理定律做了最大规模的检验，这也是人类一直想要做的，然而实验却失败了。如果我们将来能够的确在传统物理学规律中找到可以解释先驱者号异常现象发生的原因，那么这将在物理学上具有重大的意义。”显然，找到造成先驱者号异常发生的物理学原因不仅可以验证牛顿定律，而且还可以使航天工程人员在设计未来飞船中考虑如何让飞船更加稳定的飞行。 研究人员试图确定先驱者号探测器的电路或者两个原子能发电机是否放射出了红外线光子，然后这些光子又是否迅速打到了航天器像碟子那样的天线上，进而引起了反冲作用。图里谢夫认为这个过程就像阳光打到太阳能帆板上一样。 盖里·金赛拉是飞船热能工程和飞船设计的总监，他称，对先驱者10号包括原子能发电机在内的各种热源放射热量的分析和模拟之后，研究人员发现探测器自身原因造成先驱者异常的可能性在55～75%。 在对先驱者号异常现象进行初步分析后，他们把目标转向空间观测遥感数据上。图里谢夫和他的研究小组得到了先驱者10号大约30年的遥感数据和先驱者11号20年的数据集，整理出了先驱者10和先驱者11号完整详尽的遥感数据，这些数据很多被存储在400盒磁带中。总的说来，所收集的先驱者10号和先驱者11号的数据有将近800亿字节，大约相当于数字高清有线电视半小时内播放的电视节目占用的数据字节。把这种9磁道的磁带数据转换成现代数据存储形式，并把一些人工添加的数据和其它坏掉的数据筛除掉，这对于研究人员来说非常耗时。 先驱者号异常的暗示 2008年，美国的科学家称，曾有5艘飞越地球的太空船都神秘地出现了意想不到的异常状况，它们与所谓的“先驱者号异常”一起构成了一种暗示，即这些太空船很可能受到了某些莫名其妙的外力影响。 自先驱者10号和11号以微小却神秘恒定的加速度向太阳系外疾驰而去后，科学家们十多年来通过严密的分析，发现了许多异常现象，并就“先驱者号异常”事件的解释大量交换过意见。在这些意见中，有些是从传统科学角度来解释的（太空船本身的原因影响了它们的轨道，有些则是从推理物理学角度来解释的（对万有引力定律的疑惑）。喷气推进实验室天文学家约翰-安德森及其同事已经发现，五艘太空飞船在途经地球上空飞向太阳系其它区域时，其速度都比预计的要略微快或慢了一点点。 研究人员对6个深空探测器进行了研究（探测木星的“伽利略I”和“伽利略II”、探测小行星“爱神”的NEAR探测器、探测彗星的“罗塞塔”探测器、探测土星的“卡西尼”探测器，以及探测水星的“信使号”飞船）。每艘太空船在飞经地球上空时，都获得或者丧失了轨道能量，从而无法按预定轨道飞行。科学家们已经确定，在飞越地球的这6艘飞船中有五艘肯定存在异常。安德森说：“这些异常让我很困惑，我觉得飞船运动一定为某种神秘力量所影响，然而，我们对‘先驱者号异常’和这些飞越异常都无法给出令人信服的解释。” 在这6个深空探测器中，研究人员唯一不能确定是否存在异常的是“信使号”。它在北纬31度靠近地球，大约在南纬32度飞离地球。“与其它5艘飞船的飞越相比，这种在赤道附近近乎完美的对称似乎导致了一个微小的速度变化，我们无法根据这么小的变化确定是否存在异常。”安德森解释说。其它5艘飞船在飞越地球的过程中，其进入轨道和飞离轨道相当地球赤道而言是非对称的。例如，NEAR探测器在南纬20度靠近地球，大约在南纬72度飞离地球，如此一来，其飞行速度似乎比预定速度要快每秒13毫米。虽然这只是探测器总速度的百万分之一，但速度测量的精确度是每秒0.1毫米，这就好像飞船上受到了无线电波反作用力，表明飞船的确有异常，一个需要科学解释的异常。 安德森说：“相对地球赤道而言最不对称的飞越表现出了最为明显的异常，这说明这种异常与地球旋转有关。”这种异常是否与“先驱者号异常”有关？安德森表示：“如果我们发现两个独立的太空船异常，那是非常令人吃惊的。我怀疑它们之间有关联，可我无法确定有什么关联。”安德森推测，在具有太空飞船质量(300～1000公斤)的物体中可能会发生这种异常，“先驱者号与这些飞船之间的一个共同之处是它们都围绕一个中心体在自由轨道上运行。先驱者号向太阳系外飞去，它们未被中心体太阳所束缚。对其它飞船而言，地球就是这个中心体。这些轨道在自然界中很少出现，可能当你进入一个中心体周围的自由轨道时，就会有些不寻常的事情发生。 在研究“先驱者号异常”的过程中，美国研究人员与德国科学家合作，搜索“罗塞塔号”探测器飞越地球时可能存在的异常。蒙大拿州立大学物理学家罗纳德.黑林斯称：“这里面肯定有问题，不管是出于新物理学的问题，还是模型本身的问题，要做的工作有很多，大家都在致力于这个神秘现象的研究。” 先驱者10号和11号传回了令人惊艳的木星与土星照片。特别是先驱者10号，它第一个越过冥王星轨道，第一个穿越火星与木星间小行星带，第一个近距离探测木星以及第一个藉木星重力加速远离太阳系。先驱者10号和先驱者11号都载有镀金盘片，记载了人类传达给地球以外文明的讯息。 正当距离地球上亿公里之外的两艘飞船以每小时约4 3500公里的速度继续旅程时，约翰.安德森却注意到，遥测数据自1980年起就发生了异常的现象。持续分析之后，研究人员发现宇宙飞船的速率在减慢，每一年的旅程比预定位置短少了约13000公里；每个先驱者号的多普勒频率出现了漂移，波长变短了。他们认为有一个加速度指向太阳，导致先驱者10号和11号比预期的位置更加接近太阳40万公里。
先驱者11号于1973年4月6日启程，它以探测土星为主要责任。1979年9月1日，先驱者11号从距土星3400公里的地方掠过，第一次拍摄到了土星的照片。它探测了土星的轨道和总质量，测量了土星大气成分、温度、磁场，发现了两个新光环。在探测了土星之后，先驱者11号经天王星于1989年飞离太阳系。 |
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