书城科普破解的天书(下)
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第14章 宇航工具:与神共舞的“天梯”(6)

②“先锋金星号”探测器

为彻底揭开金星面纱,继“水手号”金星探测器之后,美国NASA又于1978年5月20日和8月8日,先后发射两个“先锋金星号”探测器,第一个进入金星轨道,最近距离只有150公里,不断向地面传回观测到的情况;第二个则有4个子探测器在金星上着陆,其中一个撞击金星后未损坏,继续在灼热的金星表面上工作了68分钟,取得了实地考察数据。探测结果表明,金星表面犹如一个巨大的温室,几乎没有风,由于它周围有着厚厚的二氧化碳大气层,温度高达摄氏470度,金星与地球的物理参数相似,有充足的二氧化碳,但无水,上面不可能存在生命。尽管金星现在不可能存在生命,但在古代金星是否存在生命?这还需探考。因为其他探测器发现金星上有20000多个城市遗址,如果这是真实的话,说明金星在远古时期曾经有过人类生命体,是什么原因使之灭绝?目前尚无定论。

③“麦哲伦号”金星探测器

继“先锋金星号”之后,美国又发射了“麦哲伦号”金星探测器。1989年5月5日,美国“亚特兰蒂斯号”航天飞机,将一个以16世纪葡萄牙航海家麦哲伦命名的探测器带上太空,并在5月6日把它送上飞向金星的旅途。“麦哲伦号”探测器重3365千克,装有一套先进的电视摄像雷达系统,能透过厚实的云层测绘出金星上一个足球场大小的物体图像。它经过462天的太空飞行,于1990年8月10日,飞临离地球2.54亿公里的地方对金星考察,每隔40分钟向地球传回测得的数据和拍摄的照片。首次获得第一张完整的金星地图,对研究认识金星上的地质地貌提供了形象的资料。“麦哲伦号”探测器的飞行将进一步揭开金星的面纱。

3.身怀绝技的探险家:“旅行者”

“旅行者”号是由美国喷气推进实验室负责设计和研制的行星探测飞船。当时,一起研制了两艘,命名为“旅行者-1”号和“旅行者-2”号。二者的外貌完全相同,结构也不无二致,携带的探测仪器也都一样精致科学。

“旅行者”号的主舱是个环状棱柱体,舱内存贮着推进剂燃料和电子设备,两侧伸出的两个支架安装着12种科学仪器,这些仪器按其性能分为三类:第一类是摄像设备,主要包括广角和窄角电视摄像机各一架、红外线干涉频谱仪和紫外线分光计各一台,以及偏振计等;第二类是空间环境探测设备,包括宇宙线和等离子体探测器,以及磁强计等;第三类是行星射电天文接收机、通信发射机、传真机和鞭状天线,用来研究行星及其卫星的大气特点等。

飞船主体部分装着16台小型火箭发动机,用以调整飞船的飞行轨道和航行方向,它们的体重是825公斤,由6.5万件零件组成,是十分精密而灵巧的动力设备。

飞船的通信联络主要靠一个位于主舱头部对地球定向的大型抛物面高增益定向天线,直径达3.65米,通过它来与地球指挥中心保持联系,一方面接收来自地球的指令,另一方面又可向指挥中心发回探测所得的视频和数字信息。还有检测行星电波和等离子体波的天文学用天线。

飞船上还安装着计算机指令系统、飞行数据处理和姿态控制系统等一整套自动化操纵系统,可以自动修正航向、航速和驾驶技术。

飞船上还装有1500毫米焦距的望远镜窄角电视摄像机和200毫米焦距的广角电视摄像机,13米长的可伸缩杆和端部处装两台磁强计、宇宙射线和等离子体测量装置、姿控发动机、燃料贮箱、紫外线频谱仪、红外干涉频谱仪和散热器等。

飞船的能源主要由放射性同位素原子能热电发电机提供。由于“旅行者”要飞离太阳几十亿公里以外的行星际考察,太阳光很微弱,温度又低,一般的太阳能电池已不可能满足使用要求。电源燃料是利用钚239同位素衰变所释放的热能转变成电能的,这样就可保证为“旅行者”长期提供足够能源。这样的同位素发电机有3台,其中两台工作,一台备用,在飞船发射上天后几小时内,发电机的平均功率即可达到423瓦。而船载发射机所需功率约为8瓦,发电机功率损失为每年6~7瓦。

“旅行者”飞船的发射重量为2016公斤。飞船使用了许多特殊材料和特种构件,自适应、自保护性能很高,可以承受高温高压,外部坚固性也很好,“旅行者”的设计总寿命为10亿年。

美国考虑到“旅行者”航行距离很远,为保证能与之保持联系,在地面通信系统上也采取了一些重要改装措施。比如,“旅行者”飞离地球的距离将超过距离土星的两倍以上,而其传输信息的无线电波强度即将减弱1/4。为提高接收机灵敏度,美国NASA在1985年时就开始把位于澳大利亚堪培拉的64米天线与澳大利亚帕克斯天文台的64米天线联机工作,从而提高了整个太空跟踪网的接收能力。

“旅行者”在太空探测中已取得了巨大成就,它们还将为寻找“外星人”继续对银河系进行探索,为人类探测宇宙的历史留下了不可磨灭的功绩。

4.“太空天文台”:“哈勃”

用20世纪20年代著名的天文学家哈勃命名的“哈勃”号太空望远镜,是迄今发射上天直径最大的望远镜,它总长12.8米,镜筒直径4.28米,主镜直径2.4米(连外壳孔径为3米),总重11.5吨,是由美国NASA组织研制、耗资15亿美元建成的,是一座完整的“太空天文台”。它包括全部自动化仪器设备、口径2.4米的主镜、口径0.3米的副镜、成像系统、计算机处理系统、中心消光圈、主镜消光圈、副镜消光圈、控制操纵系统和图像发送系统、以及由两个长11.8米、宽2.3米,能提供2.4千瓦功率的太阳能电池板、两部与地面通信的抛物面天线等。它的心脏部分是光学部分,它采用卡塞克伦式反射系统,由两个双曲面反射镜组成,即主镜和副镜,副镜在前,主镜在后,相距4.5米,经反射后聚焦。

“哈勃”号除光学部分外,另一重要组成部分就是8台科学仪器设备,包括:

——宽视场行星照相机。它灵敏度高,观测波段极宽,从紫外一直到近红外。它不仅可观测太阳系行星,还可对银河系和河外星系进行观测。它发回的行星照片,就像探测器飞到行星跟前所拍摄的一样清晰。

——暗弱天体照相机。它是两个既独立又相似的完整天体和探测系统,它能探测到暗至23~29等的星星。

——暗弱天体摄谱仪。既可以从紫外到近红外波段的辐射进行光谱分析,又可测自它们的偏振。

——高分辨率摄谱仪。它能对紫外面进行分光观测,能观测到比“暗弱天体照相机”所探测的暗星还要暗弱,还要遥远得多的天体。

——高速光度计。它可在可见光波段和紫外波段范围内,对天体作精确测量,既可确定恒星目标的光度标准,又可进一步识别过去人们已观测到的天体情况。

——精密制导遥感器。三台其中有两台用于望远镜定向系统;一台用于天体位置精密测量定位。

按原设计指标,这台太空望远镜的性能之好是史无前例的。比如,美国一台口径为5米的“海尔”地面望远镜,其观测能力可称世界之最,它可观测到20亿光年之外的天体,但与“哈勃”号太空望远镜相比,则是小巫见大巫了。“哈勃”号可观测到140亿光年之外的天体,比“海尔”号远7倍,能探测到模糊50倍的物体,而清晰度却大10倍。所能探测到的宇宙空间范围则是“海尔”号的350倍。