【科普】旅行者一號飛行40多年，距地約233億公里，為何還能與地球通訊？

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綜述1977年發射的旅行者一號到如今已經運行超過40年，并且據推測它是歷史上運行時間最長的宇宙飛船。
雖然它距地球已經有233億公里，但它始終保持著與地球的信息傳送和通信聯絡，在浩瀚無垠的宇宙中獨自工作運行，它依靠的是什麼設備能與地球始終保持通訊聯絡呢？

旅行者一號旅行者一號是1977年美國國家航天局（NASA）發射的一枚無人外太陽系太空探測器，它的身上肩負著探索外太空宇宙的重要任務。
旅行者一號的建造及發射任務來源于一個行星之旅計劃，該計劃想要通過發射無人探測器去研究宇宙中的各種天體，而70年代末正好是木星、土星、天王星、海王星和冥王星這五顆行星難得一遇的直線排列周期。
利用五個行星的直線排列周期，可以借力飛行，使用「引力助推」技術，節約飛行所需能量，即用最少量的推進劑和飛行時間來完成運載探測器的任務，旅行者一號就是搭載著這樣的最新技術開始了它的宇宙之旅。

NASA原本為旅行者一號安排的計劃是探索金星、火星和水星這三個行星，并且最初的命名是水手號計劃木星火星探測器，但後來由于預算有限，原計劃只能改成飛掠木星和土星，探測器也因此改名為旅行者號。
雖然與最初探索三顆行星愿景差距甚遠，但旅行者一號也在它的能力范圍內完成了較出色的任務，它向我們提供了人類擁有的首批木星、土星以及其衛星的詳細照片，這些照片為人類帶來了一場視覺盛宴，也為了解宇宙的行星奠定了里程碑式的基礎。

強大的通訊系統事實上，為旅行者安排的任務早在1990年就已經完成了，科學家為了能夠節省能源也關閉了它的相機，從它拍攝的最后一張照片推測，它已經飛出了日球頂層，距離地球也有著200多億公里，但你以為它就此和地球失去聯系了嗎？
答案是并沒有，在距離地球233億公里之外，它仍然能和我們保持著間斷的聯系，到底依靠的是什麼通訊手段呢？

這種在宇宙間保持的穩定聯絡，只能依靠無線電通信手段，這就不得不提到旅行者一號身上配備的高科技通訊設備了。
為了使旅行者一號在長時間的飛行中還能夠保持通訊穩定，技術人員在它的身上配備了直徑約3.7米的拋物面碟形天線，這種天線使用s波段和x波段的頻率，將地球上發送的無線電信號進行調制，不僅能夠保證信息的接收和發送，并且受到的干擾也控制到最小。

為旅行者一號長時間運行提供動力的是它配備的三個放射性同位素發電機，這三個發電機產生的電量足以使旅行者一號運行幾十年的時間，這也是它能夠始終保持通訊聯絡的重要原因。
然而光旅行者一號自身配備的高科技設備還不夠，地球上也要有足夠強大的測控網才能夠接收到它的信號。

旅行者探測器和地面距離233億公里，因此它的無線電發射功率和數據傳輸速率也因此受到了限制，所以NASA在地面上必須架設著如千里眼和順風耳般的設備來維持它們的聯系。
其實早在旅行者發射的前十年，NASA就已經為與探測器的聯系進行了準備，他們建造了面積巨大的測控網，這是由類似射電望遠鏡的大鍋構成的無線網排列系統，其直徑最大達到70米，能夠保證在地球自轉的同時也不會有通訊盲區，隨時接受探測器的消息。
但值得注意的是，即使是有著最佳的設備來輔助旅行者一號和地面的通訊來往，但233億公里依舊是一個遙不可及的距離，這也導致兩者間的通訊信號時強時弱。

旅行者的未來何去何從前文說到，旅行者一號的任務實際上從1990年就已經順利完成了，但它的探索價值卻并沒有結束，在之后的飛行旅程里，它依舊能夠傳遞一些星際空間數據，比如傳回的關于日球頂層的信息，這對于科學家研究宇宙依然有著重要的意義。
但據科學家推測，旅行者一號與地球的聯絡已經時日無多，到2025年可能就要與人類徹底斷聯，這也是由于給它最初設計的核動力電池只能支持到2025年，而旅行者也會在剩余的時間里不斷前行，帶著人類的愿望向外太空飛去。

雖然我們可能會與旅行者號失去聯絡，但旅行者一號一直都攜帶著地球上的重要信息，在設計最初，人類給它配備了一張鍍金的視聽光盤，里面的內容包括了人類語言錄制的問候語和各種音樂以及圖像。
這些數據也是為了能夠向外太空中可能存在的「外星人」表達人類的問候以及傳遞消息，但它是否真的能夠起到作用我們也還未可知，不過它始終承載著人類對于外星文明的美好期望與友好問候，在茫茫宇宙中期望找到另外一種生命的陪伴。