NASA对旅行者1号飞行速度监测,为什么离开太阳速度与离开地球速度差距那么大? 旅行者1号飞出太空这么远,人类通过什么技术来监控它的飞行画面...

作者&投稿:畅尚 (若有异议请与网页底部的电邮联系)

我们知道,两个天体之间的引力势能,随着距离的增加而增加。

旅行者1号在远离太阳的同时,引力势能是增加的,根据能量是守恒,这部分增加的势能,只能来源于旅行者1号的动能,所以旅行者1号的速度会降低。

旅行者一号离开地球后,基本就靠着自身惯性在飞行,最初速度有30多km/s(相对于太阳),目前(2018年)速度17km/s。

引力加速

在地球轨道处,太阳逃逸速度为42km/s,以旅行者1号离开地球的速度,是达不到太阳逃逸速度的。

但是在接下来的12年里,旅行者1号利用了两次引力加速,旅行者2号利用四次引力加速,最终都达到了太阳系的逃逸速度

需要注意的是:

(1)图中时间,指的是旅行者2号,距离天体最近时的时间点;

(2)旅行者2号利用了四颗行星(木星、土星、天王星、海王星)进行加速,每次加速后获得一个较大的速度,然后在脱离该行星时会损失一些动能,但最终的速度大于接近行星时的速度;

(3)旅行者1号在探寻土星时,发现土卫六拥有厚厚的大气层,为了一探究竟,旅行者1号改变原先计划,转而去拜访土卫六,放弃了拜访天王星和海王星的机会,离开土星后直接向银河系中心方向飞去;

(4)旅行者2号继续拜访天王星和海王星;

(5)旅行者2号在海王星处,为了获得海王星的详细信息,主动减慢速度,这也是旅行者2号比旅行者1号慢的主要原因;

(6)目前旅行者1号和旅行者2号,在当前轨道处的速度,都远远超过了太阳系的逃逸速度,所以它们最终都会飞出太阳系,其中旅行者1号的速度更快些。

因为地球在绕太阳转,地球在太阳参考系下的线速度是大概30公里每秒。如果旅行者1号在太阳参考系下远离太阳的速度是17公里每秒,那么根据其远离地球速度为34.6公里每秒.

如果地球运行到完全背离旅行者一号的位置的时候,那么旅行者一号相对地球的速度可能最快达到47公里每秒。如果地球转到另一面,那么旅行者一号还会开始接近地球,速度可能是13公里每秒。

旅行者1号与地球距离随时间变化的关系,可以见的确远离再靠近如此周期渐渐远去的。



在地球轨道处,太阳逃逸速度为42km/s,以旅行者1号离开地球的速度,是达不到太阳逃逸速度的。

但是在接下来的12年里,旅行者1号利用了两次引力加速,旅行者2号利用四次引力加速,最终都达到了太阳系的逃逸速度

因为在太阳和地球周围所受到的引力不一样,从而会改变速度。

因为相比较而言,地球的引力更大一点,所以离开地球后速度很快

主要的原因是因为地球和其他星球之间的引力不一样

旅行者1号都已经飞到219亿公里外,NASA是如何监测到它的?~

自1977年发射升空以来,旅行者1号已经离开地球,独自在太空中飞行了长达42年的时间。尽管这艘无人探测器目前远在219亿公里之外,它与地球的距离相当于日地距离的146倍,但它的飞行轨迹还在受到地球的监控。那么,美国宇航局(NASA)是如何监测并控制旅行者1号的呢?


旅行者1号相继造访了太阳系中两颗最大的行星——木星和土星,并顺便借助这两颗气态巨行星的引力弹弓效应进行加速。在结束了行星探测任务之后,旅行者1号在海王星轨道之外拍摄了太阳系全家福,其中包括旅行者1号所来的星球——地球。此后,达到太阳系逃逸速度的旅行者1号,真正踏上了飞向星际空间之旅。

NASA知道旅行者1号此行路途遥远,通信将会变得十分困难,所以NASA早有准备。旅行者1号背着一个直径达到3.7米的“大锅”,那是一个高增益抛物面天线,用于无线电信号的接收与发送。同时,旅行者1号还配备精度非常高的陀螺仪,使得天线能够对准地球。
在地球上,NASA在世界的三个地方部署了深空网络,其控制中心被称为“暗室(Dark Room)”。在“暗室”中,地面天线能够与旅行者1号进行沟通,接收它在太空深处传回来的极其微弱的信号。
为了保障通信顺畅,通信下行频率通常为2.3 GHz,甚至高达8.4 GHz。同时,它也能给旅行者1号上传指令,通信上行频率在2.1 GHz。在这种超高频下,通信噪音小,信噪比高。


旅行者1号信号发射机的功率仅略高于20 W,根据平方反比定律,旅行者1号发出的无线电波抵达地球时,辐射照度仅为4.17×10^-26 W/m^2。深空网络单个天线的最大直径为70米,所以最大单个天线所接收到的信号功率只有1.6×10^-22 W。也就是说,当地球上的天线接收到旅行者1号的无线电信号时,其强度只有最初发射时的63万亿亿分之一。
由于距离极为遥远,即便旅行者1号发出的无线电信号以光速传播,也要大约20小时才能抵达地球。但只要旅行者1号还有电力,这种微弱的通信就不会中断。据估计,旅行者1号携带的核动能可以让设备一直工作到2025年。在那之后,彻底失联的旅行者1号将会永远在星际空间中漫游下去。

目前按照人类的技术在太空上是没有什么能检测到旅行者一号的。旅行者1号是迄今为止人类飞行得最远的人造飞行器,已经飞出了太阳系最外延的行星和矮行星,飞出了柯伊伯带,向太阳系外飞去。自从1977年9月5日发射升空离开地球后,就没有什么技术来监控它的画面了,只是通过深空网络监控其飞行姿态和接受它发回的电子信息资料。

所谓深空网络就是遍布全球的巨大射电望远镜阵列,组成一个支持星际任务、无线电通讯、利用射电天文学观察探测太阳系以及宇宙的国际天线网络。所有发射的地外探测器,尤其是脱离地球引力的深空探测器,就是依靠这套系统进行指挥、操控、接受信息的。

旅行者1号近距离探访了木星和土星,并借助它们的引力弹弓效应提速,在上世纪就飞跃了太阳系最远的行星冥王星轨道,向太阳系外银河系中心飞去。期间传回了数万张彩色照片,让人类首次目睹了木星、土星惊世骇俗的美丽,还看到了远离64亿公里处对地球那渺小而震撼的回眸一瞥。现在它已经在深空孤独的旅行了42年,依然忠实的履行着人类赋予的使命。

我们在NASA专门监控旅行者1号的网站上,还可以看到它飞行速度和距离的实时状态,截止到现在我写这篇文章的时候,旅行者1号还在以相对太阳每秒17公里速度远离我们,距离太阳已经219.28亿公里;以相对地球每秒43.7公里的速度飞行,距离我们218.92亿公里。

作为距离人类最遥远的航天器拍下了太阳系第一张全家福
答:在1981年于旅行者1号飞离土星后转往蛇夫座方向前进到至今,根据计算,探测器因为距离太阳太远而不能利用太阳能。现以低于300瓦特的功率运转,这些电力只够为一盏明亮的灯泡供电。那么现在,旅行者1号怎么样了,就在2019年4月17号,新视野号在距离地球约75亿公里的位置拍摄到了旅行者1号的照片,由于两...

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