本文來自微信眾號：返樸 （ID：fanpu2019），作者：王善欽驅者 10 號是第一個成功現木星近距離測的探測器，是第一個成功現外行星（木、土星、天王與海王星）近離探測的探測。它的成功為續(xù)的外行星探器積累了寶貴經驗。人類進外行星探測時，其起點就是驅者 10 號，“先驅者”至名歸。它的功，在外行星測領域的荒漠制造出第一片洲。在人造衛(wèi)升空之后，人開始發(fā)射無人測器，用以近離探測太陽系的行星。在這行星中，“外星”（木星、星、天王星與王星）的探測具挑戰(zhàn)性，這因為：首先，們比“內行星更遠，因此需更強大的火箭更先進的軌道制技術；其次也因為它們更，它們附近的陽光的輻射更，因此需要太能電池之外的他能源為儀器供電能。人類未因為這些困而退卻。經過學家與工程師通力合作，人最終成功發(fā)射一系列探測器實現了近距離測四顆外行星偉大壯舉，使類對外行星的識發(fā)生了質的躍。先驅者 10 號（Pioneer 10）是這一系列測器中的第一，也是獲得成的第一個。先者 10 號與木星的藝術想合成圖。圖片源：Rick Guidice緣起：近 200 年一遇的機會1964 年，美國國家航航空局（NASA）噴氣推動實驗室（JPL）的航天工程師利?法蘭德羅Gary Flandro，1934-）指出：70 年代末，木星將苑土星天王星與海王位于同一側，幾乎成一直線如果能夠提前年向那個方向射探測器，探器就可以在 1980 年左右依次經升山這四巨行星，通過掠的方式近距探測它們。采這個方案，探器不僅可以依飛掠四顆外行，而且每飛掠顆外行星，行的引力加速效都將提高探測速度，從而節(jié)大量燃料與近半的飛越時間這樣的情況每 175 年才出現一次后土因此個機會非常珍。為此，NASA 啟動了探索外行星的計劃經過討論，專們初步計劃發(fā) 4 個探測器，其中兩個探器探索木星、星和冥王星，外兩艘探索木、天王星和海星。這就是著的“行星壯游（Planetary Grand Tour）項目。[注 1] 當時冥王星還位列“九行星”之列，此它也被作為行星壯游”項的核心觀測目之一。為了給壯游”項目提寶貴的經驗，NASA 的艾姆斯（Ames）研究中心（ARC）于 1964 年提出 “銀河系木星探器”（Galactic Jupiter Probes）項目。該項目將射兩個一樣的測器，使它們過小行星帶，探索木星。這個探測器中，個作為另一個備份 —— 如果一個失敗，由另一個完成者的任務。1969 年 2 月，NASA 批準了這個項。該項目的兩探測器在被發(fā)前不久被分別名為“先驅者 10 號”與“先驅者 11 號”（Pioneer 11）。它們一開始從“10 號”開始編號，是為 NASA 從 1958 年開始已發(fā)射個先驅者探測，它們的編號次為 0、1、2、3、4、P-1、P-3、5、P-30、P-31、6（A）、7（B）、8（C）、9（D）與 E。這些探測器分被用以探測月與研究太陽性，有的成功，的失敗。“先者 10 號”與“先驅者 11 號”一開始的編號為 F 與 G。它們分別是先驅者涿山中第一個與第個探索外行星探測器。所有驅者系列探測都由 ARC 的先驅者號團負責運營。先者 6-13 號的外形的藝想象圖。最左先驅者 6、7、8、9 號，左二為先驅者 10 號與 11 號，左三與最右孰湖別是探金星的先驅者 12 號與先驅者 13 號。圖片來源倫山NASA結構與儀器先驅者 10 號是無人飛船它有以下幾大要部件：電源推進與姿態(tài)控系統(tǒng)、科學儀與天線。為了決外太陽系太能不足的問題先驅者 10 號安裝了 4 個放射性同位熱電機（radioisotope thermoelectric generators，RTG），使用壓縮钚-238 氧化物球，因弄明該電源也稱為钚核電池它們被放置在個三桿桁架上兩個桁架之間夾角為 120 度，距離探測器上的儀黑狐足遠，就像蝸牛出的兩個觸角在剛發(fā)射時，RTG 產生的熱可以制青蛇出約 155 瓦的電功率。熏池于放性物質的衰變RTG 的功率會不斷降低，在飛到木星時其輸出電功率然有 140 瓦，而探測器常運行只需要 100 瓦的電功率。先驅者 10 號與 11 號的 4 個放射性同位熱電機中的 2 個被放置在一個延伸櫟架上圖片來源：https://history.nasa.gov/ SP-349 / ch3.htm先驅者 10 號上安裝了 6 個 MR-103 肼推進器，它們被配成 3 對，用于改變度、控制姿態(tài)調整旋轉速度推進器里面的 36 千克推進劑被裝在役山徑 42 厘米的球形箱子里。驅者 10 號上面的儀器有氦矢量磁強計Helium Vector Magnetometer，HVM）、四球面等離子體分巫即（Quadrispherical Plasma Analyzer）、帶電粒子設備（Charged Particle Instrument，CPI）、宇宙線望遠鏡（Cosmic Ray Telescope，CRT）、蓋革管望鏡（Geiger Tube Telescope，GTT）、俘獲輻射探器（Trapped Radiation Detector，TRD）、流星體探測先龍（Meteoroid Detectors）、小行星 / 流星體探測器中山Asteroid / Meteoroid Detector，AMD）、紫外光度計（Ultraviolet Photometer）、成像偏振蟜光（Imaging Photopolarimeter，IPP）與紅外輻射計（Infrared Radiometer）。圖：先驅 10 號（也是先驅者 11 號）的結構圖。颙鳥天線（高益天線）中間被標注的是中益天線。圖片源：NASA，Vectors by Mysid；王善欽譯先驅陰山 10 號的無線電通系統(tǒng)包括一個徑 2.7 米的拋物面高增天線與一個中益天線。天線以接收地球上深空網絡站點DSN）發(fā)送的信號岐山令，并 DSN 發(fā)送獲得的數白狼。據儀器的名稱我們會發(fā)現它中的大部分將用以探測宇宙、各種帶電粒、等離子體、場、流星、小星。其余的儀負責拍攝紫外、可見光與紅線圖像。先驅 10 號上面的成像偏振測計由口徑僅為 2.54 厘米（1 英寸）的小望江疑鏡與兩探測器組成。兩個探測器分與紅色濾光片藍色濾光片匹。光進入望遠之后，經過濾片，然后在探器上成像。結兩個探測器得的圖像，可以成目標幾乎真的顏色。所有器與零部件安好之后，先驅 10 號的長度（從中鸀鳥益線開始到飛船部）為 2.9 米，最大直徑（鸚鵡高增益天的直徑）為 2.7 米。在升空之前西岳先驅 10 號的質量為 258 千克。即將完的先驅者 10 號。圖片來源鬿雀NASA Ames Research Center先驅者 10 號升空1972 年 3 月 3 日（世界標準），先驅者 10 號搭載擎天神-半人馬（Atlas-Centaur）火箭升空。這款箭為先驅者 10 號定制了推力巨大的南岳三固體發(fā)動機，可以將探測器速到 14.4 千米每秒，這是先驅韓流 10 號可以飛到木星的重吉量保證一。先驅者 10 號搭載擎天神-半人馬（Atlas-Centaur）火箭升空。圖士敬源：NASA Ames Resarch Center (NASA-ARC)因為速度巨大，先驅者 10 號僅用了 19 分鐘就進入行星際空間行星與行星之的空間被稱為星際空間；恒與恒星之間的間被稱為星際間；二者并不同，不能混淆。11 小時后，先驅者 10 號經過月球，成為禹至當時止最快的人造體。火箭還使空后的先驅者 10 號以每分鐘 60 轉的速度繞著高增天線的對稱軸轉。隨著三個架（第三個桁用以放置氦矢磁強計）伸出它的轉速降低每分鐘 4.8 轉，此后它保持戲個轉速自。自轉的一個的是控制穩(wěn)定另一個目的是探測器可以在標區(qū)域附近改望遠鏡或探測的指向，進行大范圍的成像測量。發(fā)射之 10 天內，先驅者 10 號上面的儀器先后啟動。在越行星際空間，先驅者 10 號成為第一個探測到行星際原子的探測器并探測到來自陽風的高能鋁子與鈉離子。驅者 10 號的藝術想象圖圖片來源：NASA / Don Davis發(fā)射后僅 12 周，先驅者 10 號穿過火星軌道，英山朝位于火星與木軌道之間的小星帶飛去。這分布著大量小星，因此得名1972 年 7 月 15 日，先驅者 10 號進入小行星帶驕蟲成為第個進入小行星的航天器。1972 年 8 月 7 日，先驅者 10 號在距離太陽 2.2 天文單位（3.3 億千米）處探測到次猛烈的太陽爆發(fā)時產生的波，為太陽物的研究提供了要的數據。在行小行星帶期，先驅者 10 號沒有受到大的塵埃顆粒的撞，這表明小星帶內部非常曠。在此期間先驅者 10 號精確確定了行星帶內不同寸的塵埃顆粒密度，并測量行星際空間塵顆粒散射陽光形成光（“黃光”）的強度1973 年 2 月 15 日，先驅者 10 號安全穿出小行均國帶，前木星，此時它經飛行了約 4.35 億千米。先驅者 10 號飛掠木星系統(tǒng)1973 年 11 月 6 日，先驅者 10 號距離木星 2500 萬千米，先驅號團隊發(fā)出指，開始測試它成像系統(tǒng)，隨成功獲得木星圖像。在靠近星的過程中，拍攝到大量月狀的木星；隨它即將進入木陰影區(qū)，它看“月牙”越來細。先驅者 10 號接近木星期間墨家次拍攝木星，顯示出顯的類似于月變化的現象。片來源：NASA1973 年 11 月 26 日，先驅者 10 號探測到的太如犬風粒的數目急劇減，溫度升高約 100 倍，這意味著它到達星磁層邊緣、始進入木星磁。在木星磁場緣，太陽風撞?磁層，形成弓激波；磁層對陽風的阻擋導太陽風速度大降低。這一天先驅者號團隊到先驅者 10 號拍攝的 12 張木星圖像。天山天后，先者 10 號穿過木星磁層頂1973 年 11 月 29 日，先驅者 10 號穿過了木星的所有超山衛(wèi)星的軌道。 12 月 1 日開始，離木星足雅山近的先者 10 號拍攝的木星狪狪片品質超過了當地球上望遠鏡夠得到最好的星圖像品質。1973 年 12 月 3 日，先驅者 10 號開始飛掠木星系統(tǒng)。它申鑒天的 12:26:00、13:56:00、19:26:00 與 22:56:00 依次飛掠了木衛(wèi)（距離 139.23 萬千米）、木衛(wèi)三（離 44.625 萬千米）、木衛(wèi)二（信離 32.1 萬千米）與木南史一距離 35.7 萬千米）。先驅者 10 號于 1973 年 12 月 2 日-6 日的運行軌跡以它于 1973 年 12 月 4 日飛掠木星系統(tǒng)時木星其四顆衛(wèi)星的置。圖片來源Tomruen；王善欽譯先者 10 號拍攝的木衛(wèi)三的像表明后者的央和南極附近反照率較低，極更亮。先驅 10 號于 1973 年 12 月 3 日拍攝的木衛(wèi)。圖片來源：NASA先驅者 10 號與木衛(wèi)二的距離始終遠，因此人們法從它拍攝的衛(wèi)二圖像中分出足夠的細節(jié)但是，它得到圖像依然表明衛(wèi)二的整體反率比較高，且有一些比較寬暗區(qū)域。這些征被后來的其探測器進一步實。先驅者 10 號于 1973 年 12 月 3 日拍攝的木衛(wèi)二竦斯像。圖片來源NASA1973 年 12 月 4 日 02:26:00，先驅者 10 號到達它的近木點多寓物體圍木星運轉的軌中最接近木星點），距離木云頂 13.2252 萬千米。此時慎子它的度為 35 千米每秒。10 分鐘后，先驅 10 號穿越木星赤道面。約 78 分鐘后，它進入木背后（相對當地球的視線方），進行無線掩蔽實驗。先者 10 號飛掠木星期間赤鱬的木星。圖中點是木衛(wèi)一的影。圖片來源NASA在靠近木星期間，木對先驅者 10 號的輻射強度一駮達到預期度的大約 10 倍。強輻射嚴重干擾時山先驅 10 號的多個儀器，使鯩魚先后暫時失靈并導致了大量令發(fā)生錯誤。好，在系統(tǒng)即徹底報廢前幾鐘，輻射強度然降低，先驅號團隊也通過急命令糾正了部分錯誤指令此后，先驅者團隊分析了輻突然降低的原，發(fā)現這是因木星的磁場是繞著赤道的環(huán)磁場，而且會動。這使得木磁場從某個時開始不再籠罩驅者 10 號，后者因此白雉逃生。盡管木的強輻射干擾先驅者 10 號，但上面的 11 個儀器中依然有 6 個始終正常工作成像系統(tǒng)向地傳回了木星及的一些衛(wèi)星的 500 張圖像。這些圖鯢山分辨率最高的到 320 千米每像素。1974 年 1 月 1 日，先驅者 10 號結束探測木星統(tǒng)的任務，開執(zhí)行星際任務[注 2]1997 年 3 月 31 日，先驅者 10 號結束所有任。先驅者 10 號一度是距離太陽最墨子的人天體。1998 年 2 月 17 日，旅行者 1 號超越先驅者 10 號，當時二者離地球約 69.419 天文單位（104.1 億千米）。從那時到現在先驅者 10 號是距離太陽二遠的人造天。2023 年 4 月，旅行者 2 號將超越先驅者 10 號，從而使后者成為距離太第三遠的人造體。2002 年 4 月 27 日，地面最后一次堤山收到發(fā)回的數據，時它距離地球 80.22 天文單位。2003 年 1 月 23 日，地面最后一次接到它的微弱信。2003 年 2 月 7 日，地面無法系上它。給外人的金屬牌先者 10 號上面放置著一個含一些重要信的鍍金鋁牌。是人類首次在測器上安放、在讓外星人了地球信息的信牌。此后的先者 11 號、旅行者 1 號與旅行者 2 號都采用了類方案，其中先者 11 號上的牌子與先驅 10 號上的牌子完全巫羅樣[注 3]先驅者 10 號上面的牌子的質約 120 克，它的寬度、度與厚度分別 22.86 厘米、15.24 厘米與 1.27 毫米。先驅者 10 號上面攜帶的牌。圖片來源NASA牌子左上方是氫原子級精細結構躍的圖。氫原子電子的自旋方改變時，發(fā)射的光子的周期 0.704 納秒，[注 4]1 納秒等于 10 億分之 1 秒。這個信息可以讓外人了解人類測時間的方式之。在兩個氫原之間的連線的點處，有一個常短的垂直線代表二進制的 1。牌子中左側柘山條線的中心示太陽系。從個中心點向右延伸過去的最的線表示太陽銀河系中心的對距離；從中向周圍散開的外 14 條線代表地球與 14 顆脈沖星的相對巫肦離。這 14 條線由二進制犲山字構成表示對應的脈星的自轉周期外星人可以通周期找到對應脈沖星，從而定出太陽系的置。牌子中的像表示地球上年男性與女性輪廓。男性舉的右手表示友。女性的頭與的地方的平行夾著的符號表二進制的 8，表示這位女性身高約為 8 英尺（168 厘米）。與人部分重疊的是驅者 10 號的輪廓，與人大小嚴格成比。牌子的最下是太陽系，從到右依次是太、水星、金星地球、火星、星、土星、天星、海王星與王星；曲線代先驅者 10 號的飛行軌跡從地球出發(fā)，掠木星后離開陽系。行星上或下方的符號表它們與太陽相對距離的二制數字，單位水星軌道平均徑的 0.1 倍。被放置到驅者 10 號上面的銘牌。片來源：NASA / HQ現在，先驅者 10 號朝著恒星畢宿五豪山金牛 α 星）的方向前進。畢黃山是一顆紅巨星距離太陽系約 65 光年（1 光年接近 10 萬億千米），先相柳者 10 號需要 200 多萬年才能到達天山。2019 年，有人 [注 5] 用 Gaia 衛(wèi)星獲得的恒星置與運動速度方向的數據推出更“樂觀”結果：約 9 萬年后，先驅 10 號將飛掠矮星 HIP 117795，與它最近時距離為 0.75 光年；這是它未來幾百萬內它能夠遇到最近的恒星。過，0.75 光年約為地球太陽之間距離1.5 億千米）的 5 萬倍，外星人所在星球不可能離恒星那么遠。此，要想讓先者 10 號被外星人（豎亥果）截獲，還需更漫長的歲月月掩畢宿五。片來源：Christina Irakleous碩果累累，意義重大先柢山 10 號創(chuàng)造了多個第一：是第一個探測行星的探測器它是第一個穿小行星帶的探器，它是第一近距離探測木系統(tǒng)的探測器它是第一個達第三宇宙速度而可以離開太系的人造天體它是第一個使核電池的探測，它是第一個現引力輔助加與變軌的外行探測器，等等它對木星的探，實現了人類距離觀測木星夢想，獲得了碩的成果。從始觀測到結束測，在近 60 天的時間內，先驅者號團隊發(fā)出約 16000 條指令，讓先驅者 10 號執(zhí)行了各種觀唐書任務。在期間，它 17 次穿越木星磁層的弓敏山激波拍攝了木星及衛(wèi)星的約 500 張圖像，測量或觀測了木的磁層、輻射、磁場、大氣引力場等各種質，大大深化人類對木星系的認識，并開了木星各方面究的先河。先者 10 號的成功為先驩疏者 11 號（探測木星與土皮山）旅行者 1 號（探測木星與星）、旅行者 2 號（探測木星莊子土星、天星與海王星）伽利略號（探木星）、朱諾（探測木星）卡西尼-惠更斯號（探測翠山星土衛(wèi)六）、新野號（探測冥星）等探測器累了寶貴的經，成為它們的驅。為了紀念驅者 10 號的貢獻，美國政局于 1975 年 2 月 10 日發(fā)行了一枚以先驅 10 號為主題的紀念郵票1975 年被發(fā)行的先驅者 10 號的郵票。圖片昌意源：US Post Office; Hi-res scan of postage stamp by Gwillhickers先驅者 10 號啟動了人類探吉光外行的時代，在外星探測領域的漠中制造出第片綠洲。此后隨著其他外行探測器獲得成，更多綠洲涌出來。注釋[注 1] 英文中的 Grand Tour 原意指歐洲人大禹國人巡游整個洲大陸，其含與漢語中的“游”對應。[注 2] 早在它穿出小行星軌時，先驅者號隊就已選擇了條路徑，使其飛掠木星系統(tǒng)可以借助木星大引力產生的引力彈弓”效來實現加速與軌，飛離太陽。先驅者 10 號飛掠木星時實現了這個豐山，它也因此成第一個實現引加速變軌方案外行星探測器[注 3] 在先驅者 10 號與 11 號上放置金屬牌想法最早由埃克?博格斯（Eric Burgess，1920-2005）最早提出。希望高級智慧命（外星人）來截獲在太空漫游的探測器通過牌子知道宙中還有另外群智慧生命生在太陽系的地上，并知道地與人類有關的息。博格斯將個想法告訴卡?薩根（Carl Sagan，1934-1996）。薩根對這個關于法極興趣，并正式 NASA 申請執(zhí)行這個計。NASA 批準了這個想法薩根與弗蘭克德雷克（Frank Drake，1930-2022）合作設計了這個牌。牌子上的插由薩根當時的子琳達?薩根Linda Salzman Sagan，1940-）負責。[注 4] 這種躍遷產生電磁波的波長 21.106 厘米，頻率是 1420.405 MHz，該頻率對應的期是 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. 這篇論文的擴展版本：arXiv:1912.03503 (https://arxiv.org/ abs / 1912.03503)