美國旅行者號已經飛離地球15億公里,快要飛出太陽系,靠什麼給地球傳回照片?

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旅行者1號與其姊妹船旅行者2號攜帶的鈈電池(核動力電池)將持續到2025年左右。當電池耗盡之後,他們就再也無法向地球回傳數據!

旅行者號探測器,是美國研製並建造的外層星系空間探測器,共發射兩顆。原名"水手11號"和"水手12號"。旅行者2號和旅行者1號分別於1977年8月20日和9月5日發射升空。這兩個姊妹探測器沿著兩條不同的軌道飛行,擔負探測太陽系外圍行星的任務。

隨著離家越來越遠,“旅行者”數據回傳時間越來越長。現階段“旅行者1號”傳回數據大約需要17個小時,而“旅行者2號”則需要13個小時。目前噴氣推進實驗室已沒有專職科學家負責“旅行者”項目,只有約20名專家輪流照顧“旅行者”,進行數據接收和分析。

美國旅行者號在已經飛離地球15億公里的地方又是怎麼與地球進行聯絡的呢?簡單來說就是靠一口“鍋”,這口“鍋”的專業名稱叫“高增益的拋物面天線”。拋物面天線就是用來接收和發信號的器件,它和我們普通見到的“一柱擎天”天線不一樣,它是一個具有焦點的拋物面,平行進入拋物面的光線、微波等電磁波都會匯聚在這個焦點上。增益的意思是把傳輸信號進行放大,這樣能使信號更容易被接收了。簡單來說,這個“鍋”最大的優點就是增益高,這種“鍋”在美國航空宇航局的深空探測器上及地面測控臺站隨處可見。

但是一口“鍋”並不能解決所有的問題,無線通信信號的衰減就與傳輸距離成對數正比關係,隨著探測器越往深空進發,距離地球越來越遠,對測控通信質量的要求也越來越高,同時信息傳遞的延時也會越來越嚴重。而解決的辦法就是將“鍋”的個頭做得再大一些,與美國 “旅行者”號進行聯絡的就是美國深空探測網絡DSN的最大的“鍋 ”——直徑70m的拋物面天線。

這是一件很奇妙的事情!很多人都不知道,在我們仰望星空的時候,有個死氣沉沉的人造品,無知無覺地孤寂前行著!探索著我們嚮往而陌生的宇宙星際!

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鎂客網


靠電磁波來傳送信號,由於目前旅行者一號已經太空飛行近41年,距離地球211億公里,因此每次的信號通訊都要延遲19.6個小時(也就是電磁波需要19.6個小時跨越211億公里)。

↓下面是旅行者一號的照片↓

其中那個白圓盤就是發送信號用的高增益天線,口徑3.7米,信號就是從這裡發回地球的。

旅行者一號從1977年升空,孤身突破太陽系,衝出了日球層,是飛的最遠的人造物體

2017年的時候,科學家為了慶祝旅行者一號四十週歲的生日,決定重啟推進器,信號從地球發出,經歷19多個小時,被旅行者一號接收,推進器成功噴氣10毫秒。

隨著年歲的增加,放置在旅行者一號身上的兩塊核電池也將用完,預計到2025年,旅行者一號將關閉一切儀器,獨自飛向宇宙深處,與人類永遠失聯。

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賽先生科普


美國77年發射的旅行者1號和2號太空探測器,飛行至今已有41年,現在探測器早已飛出太陽系,並不斷地拍攝太陽系之外遙遠太空照片回地球,是人類歷史上宇宙探測的首次壯舉,不得不佩服美國40年前的技術就能達到這種高水平,41年了,探測器上面的儀器設備在無維修狀態下保持無故障運行,運行狀態保持良好,這本身就是一個人類奇蹟,如果這些設備能保持良好運行,預計到2025年探測器上攜帶的核電池的核燃料將被耗盡,到時電源因無電力,將會停止拍太空照片送回地球。由於發射成本高,在製造探測器時,攜帶的各種儀器設備要求重量輕,無維修,無故障,使用壽命長,對微型化技術和製造工藝要求都很高,其難度不是外行人所能理解的。至於發送照片回地球的技術問題,探測器上面的設備還是原來的設備,發射功率還是原來的功率,主耍技術困難是,由於距離很遠,經衰減後,信號已經很微弱,接收信號很困難,但這還不是最難的,由於太空中有各種信號干擾,探測器發回的無線電信號已經被淹沒在這些雜亂的各種干擾信號中,這種難度相當於在嘈雜的菜場裡去聽一個小蚊子發出的聲音,一般人都知道,只有在夜深人靜時才能聽到蚊子聲,但現在要求在嘈雜的菜場中探測一個小蚊子發出的聲音,這個難度要求不是一般高,而是超出了非人類要求了,但美國做到了,這不得不佩服美國的高科技。


龍一歐


答:旅行者一號靠自身攜帶的高頻率電磁波發射器,來給地球傳輸數據,目前發射功率只有大約20w。




旅行者1號,在1977年9月5裡升空,目前已經飛出了日球層,距離地球211.5億公里(2018年6月數據,並非題主說的15億公里),相當於0.0022光年,通訊時差19.6小時。




這麼遠的距離上,旅行者1號始終和地球保持著聯繫,旅行者1號的電磁波發射器,目前功率只有20瓦左右,也就相當於一顆普通檯燈的功率,當信號傳到地球上時,已經衰減了數萬億倍。


之所以NASA還能接收旅行者1號的信號,和以下幾點措施有關:

(1)地面上使用高增益天線,直徑達70多米,能把接收到旅行者1號的信號放大數億倍;

(2)旅行者一號的通訊頻率高達8GHz,這個頻段上幾乎沒有任何干擾,也就是信噪比非常高;

(3)旅行者1號上,使用高精度陀螺儀對準地球;

因為距離實在太遠,所以和旅行者1號之間的通訊,也是存在很多缺陷的,比如:為了保證信息的正確率,傳送中使用大量糾錯碼,使得傳輸效率非常低,每秒的有效信息流不到1kb。



另外,旅行者1號採用的兩塊核電池,預計到2025年完全耗盡電力,到時候旅行者1號將完全失去和地球的聯繫。


然後旅行者1號會關閉所有科學儀器,憑著慣性飛出太陽系,預計7.3萬年後,會經過距離太陽系最近的恆星——比鄰星。




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艾伯史密斯


美國旅行者號飛離地球不是15億公里,而是200多億公里了。但要說飛出太陽系現在還有爭議。天文學界對太陽系的範圍有不同的看法,一種看法是以冥王星為界,這樣太陽系的半徑為40個天文單位,約60億公里;一種是以柯伊伯帶為界,距太陽約100個天文單位,約150億公里;還有一種說法以奧爾特云為界,就是彗星的誕生地,也是太陽引力範圍,半徑約1光年。這三種說法,按前兩種,旅行者號就已經飛出了太陽系,按照後面太陽系半徑1光年的說法,還早著呢,目前才飛了21光時多點,按目前每秒約17公里的速度,旅行者號還要一萬七千多年才能飛出太陽系。

旅行者號雖然離開地球已經很遠了,人類不但還可以與它聯繫,而且還可以操控。美國航空航天(nasa)12月1日發表聲明,近日成功重啟了旅行者1號探測器一組休眠了37年的推進器。11月28日,nasa地面工作人員向旅行者1號發送了啟動軌道校正操作推進器的測試命令,這個命令傳送了20個小時後,從旅行者1號返回了信息,顯示軌道校正操作推進器工作正常。這次調整就是為了使白色的大鍋一樣的高增益天線始終對著地球,以利於接受和發送無線電信號。這個天線有著3.7米直徑的拋物面,使其能夠以較少的能量集中發射較強的信號。旅行者1號就是靠這個向地球傳回了海量的星空照片。

時隔37年還能在這麼遠的距離對旅行者1號進行準確的指令操控,證明了nasa指揮中心的高超操控能力和這臺探測器的精良持久。這臺探測器上還有四組這樣的軌道校正操作裝置,確保了今後一段日子姿態調整的需要。日前,旅行者1號繼續向深空飛去。據ansa通報,這個帶著錄有55種人類問候語的忠實的人類使者,它的電池將在2025年耗盡,人類再也無法收到它的消息。以後,就靠它自己自求多福的漂流了,如有幸遇到地外文明會受到怎樣的待遇,我們將不得而知。


時空通訊


航行在太空深處的飛船靠什麼傳遞信號?

顯然不能像古希臘人那樣靠傳令兵去跑,不然每次通訊都要跑幾億次馬拉松;也不能靠喊,即使有這樣的大嗓門,太空中沒有空氣,喊了也聽不見;好在有一種叫無線電波的東西,可以通過調製加載信息,可以在真空中傳播,每秒還可以跑三十萬公里,是目前最好的傳遞信號的媒介。

旅行者1號,白色的大鍋一樣的就是3.7米的高增益天線。

無線電波的接受和發射需要用天線,旅行者號上帶有專門設計的高增益天線,這面天線是拋物面形的,直徑有3.7米,可以把無線電信號集中在某特定的方向上,這樣可以花費較小的能量發射較強的信號。

天線結構圖

為了互相通訊,地面上還要修建大型的接收站,比如旅行者號用的是美國的深空網絡(Deep Space Network)。深空網絡是專門針對空間任務的,所以它的天線要覆蓋全球,在美國加利福尼亞州、西班牙馬德里、澳大利亞堪培拉等地設有幾十米大小的無線電天線,這樣不管飛船飛到哪個方向都可以接受和發射信號。

位於美國加州的70米天線,深空網絡的一部分。

我們上網有帶寬限制,無線電通訊也類似的限制,所以信號要儘可能簡潔,比如能用文字和數字就不用照片,和我們為了省流量少傳或者不傳照片類似的,比如對信號和數據進行壓縮,相當於我們看小圖、縮略圖,比如把一時傳不完的數據存起來,有機會再慢慢傳,相當於我們掛機下載電影等大文件。這樣即使是遠在太陽系深處的飛船,也可以和地面進行通訊。

至於旅行者號的距離和位置,前面有答主已經說了,就不再重複了,最新的動態可以關注它的官網。

宇宙浩瀚無垠,個人水平有限,圖片來自網絡。如有疏漏,請多指教。


喬小海


旅行者一號是1977年出發的,目前已經是離地球最遠的人造飛行器,它已經進入太陽系最外層邊界,目前處於太陽影響範圍與星際介質之間。它設置了高增益天線來幫助它將信號集中 以期連續穩定的將信號傳回地球。

白色的大鍋一樣的高增益天線始終對著地球,以利於接收和發送無線電信號。這個天線有著3.7米直徑的拋物面,使其能夠以較少的能量集中發射較強的信號。旅行者1號就是靠這個向地球傳回了海量的星空照片。


旅行者1號是以三塊放射性同位素溫差發電機作為動力來源。這些發電機已經大大超出了起先的設計壽命。它能夠繼續飛行至2025年。一旦電池耗盡,“旅行者1號”將繼續向銀河系中心前進,再也回不來了。在此之後,它也不能傳輸照片了。



在2011年2月,就有跡象表明,“旅行者1號”已在之前某個時刻抵達了太陽系邊緣的“過渡區”,這個過渡區就是太陽系與星際空間最後的交界處。“旅行者1號”已抵達邊界處,也就是說,它將很快進入星際空間了。 一旦進入星際空間,“旅行者1號”將需要4萬年的時間才能抵達下一個恆星系。


1990年旅行者一號回望地球的時候,拍下了一張照片,地球在這張從40億英里外(64億公里外)拍攝的照片中,只是在粒狀照片裡的一個渺小“暗淡藍點”來。



天文學家薩根博士用詩人的語言寫道: 我們成功地拍到這張照片,細心再看,你會看見一個小點。再看看那個光點,它就在這裡。那是我們的家園,我們的一切。你所愛的每一個人,你認識的每一個人,你聽說過的每一個人,曾經有過的每一個人,都在它上面度過他們的一生。我們的歡樂與痛苦聚集在一起,數以千計的自以為是的宗教、意識形態和經濟學說,所有的獵人與強盜、英雄與懦夫、文明的締造者與毀滅者、國王與農夫、年輕的情侶、母親與父親、滿懷希望的孩子、發明家和探險家、德高望重的教師、腐敗的政客、超級明星、最高領袖、人類歷史上的每一個聖人與罪犯,都住在這裡——一粒懸浮在陽光中的微塵。


平原公子


旅行者一號的中間有個大鍋蓋子,那個就是高增益天線,直徑為3.7米,就是靠著這個玩意與地球建立通訊的,工作的波段是無線電波波段,旅行者一號的發射功率只有20瓦,這就需要更加精準的操作了。

像地面上的天線與旅行者一號上的天線正好要正對著;

旅行者一號的發射頻率在8GHz,在這個頻率上,外界對信號的干擾會非常的少;

別忘了那個高增益的大鍋,這個很有用的,會將信號大大增強,地面上還有一口大鍋與它正對著,兩口大鍋正對著,就建立了之間的正常通訊了。

由於旅行者一號現在已經飛得太遠了,距離地球足足有211億公里,在如此之遠的距離上,發射一次信號單程就需要19個小時零35分鐘,發射信號肯定是你來我往的啊,這樣你來我往,往返就得需要花費39個小時了。

瞭解地面上與旅行者一號或者二號是如何建立通訊的,就得知道NASA曾經建立的深空網絡(DSN)了,目前深空網絡總共設置了三處通訊天線在世界範圍內,並且在地圖上呈現出120度分佈,一處在美國本土加州,一處在西班牙馬德里附近,最後一處在澳大利亞的首都堪培拉,為什麼這樣的安排呢?

當然是為了在地球自轉的過程中不耽誤接收信號呀,這樣就可以隨時與旅行者一、二號聯繫了。這些天線有大的也有小的,小的14米口徑,大的足足有接近70米的口徑。

2017年末,NASA又完成了一次壯舉,利用深空網絡DSN在美國加州的14米口徑的深空通訊天線成功喚醒了沉睡37年的旅行者一號推進器,證明相關儀器工作正常,這可是與遠在211億公里外的旅行者一號探測器進行交流啊。

不過,旅行者一號的電力快不行了,再撐個幾年就要永遠的與地球失去聯繫了,它將一直向著深空飛去。


一枚遊戲科幻迷


我很佩服那些意淫旅行者號現在如何如何,還要多少時間飛出太陽系的那些意淫者,他們不僅自欺欺人,還胡說八道。


用戶3171111845


旅行者一號採用的能量來源與其他的探測器不同,它採用的是核電池,因而能夠在距發射41年依然有足夠的能源來提供探測器,向人類傳輸信號。

如今人類製造出最多的人造衛星或者探測器都是以太陽能帆板作為能源,採用這種太陽能帆板的好處是有光就有能源,而且太陽光子打在帆板上還能為衛星提供動力,這種相比於核電池來說技術要求低,可靠性高,成本低廉等優點。最大的缺點就是無光就不能產生電能,故只有在衛星中放一塊蓄電池。

核蓄電池

正因為太陽能帆板的問題,一旦探測器在遠離太陽的時候,探測器就無法擁有足夠的電能來驅動探測器上的各種電機,傳感裝置,發射裝置等等。兩艘旅行者號探測器,都是以三塊放射性 同位素溫差發電機作為動力來源,旅行者1號探測器(2)發電機已經大大超出了起先的設計壽命,一般認為它們在大約2020年之前,但是它們仍然可提供足夠的電力令太空船能夠繼續與地球聯繫。

那麼,旅行者一號到底能堅持多久勒?

設計師估計得是在2025年左右,核電池沒有能量在堅持旅行者1號中的任何一種單一儀器。旅行者1號為了節省能源,為人類拍攝到更遠的太空照片,在2007年時,停止 等離子子系統運作。2008年,停止行星 無線電天文實驗。2010年,停止掃描平臺及紫外線分光計觀測。2015年,停止數據磁帶機運作。2016年,停止 迴轉儀運作。2020年,開始關閉科學儀器。到2025年,旅行者1號就基本宣佈死亡。

旅行者1號攜帶著一塊金屬唱片,包括55種語言錄製的問候語和各類音樂,磁盤上還有115幅影像(太陽系各行星的圖片、人類的性器官圖像及說明),這些數據旨在向“外星人”表達人類的問候。

因而,如今旅行者1號已經步入晚年,依靠著最後的能源,繼續向人類發送著太空中各種美麗的行星,只要旅行者1號不撞上隕石或行星,也不被行星恆星所捕獲,那麼它將一直向外太空飛去,向我們嚮往的地方飛去。


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