揭开先驱者飞船神秘减速之谜

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艺术示意图：先驱者号飞船正飞向太阳系的边缘

　　1973年12月4日，科学家们一片欢腾：随着先驱者10号飞船高速接近木星，它发回的图像上木星显得越来越大，越来越清晰。PICS(先驱者图像转换系统)开始工作，它的屏幕上先是显示出一个点，随后点越来越多，图像开始显现，是一轮弯月般的木星。科学家们欢呼起来，称它是“木星日出”。随后，当探测器逐渐远离木星时，它发回的图像上的木星又逐渐缩小，渐渐消失。

　　根据著名天文学家卡尔·萨根的建议，先驱者10号和11号上都携带了由萨根亲自设计的一个小小金属铭牌，上面标明了它们出发的时间和地点，这是考虑到当它们飞出太阳系，在茫茫宇宙中飞行时，有朝一日可能遭遇其他外星文明的飞船。根据它们设定的航向，先驱者10号飞船正向着金牛座毕宿五飞行，如果一切顺利，它将在大约200万年后抵达那里。

　　北京时间7月19日消息，据物理学家组织网站报道，美国宇航局的工程师们很早之前便注意到一个奇怪的现象，该局30多年前发射升空，目前正在太阳系边缘飞行的先驱者-10号和11号飞船的飞行速度出现了异常的降低，这一反常现象被称作“先驱者异常”。对此很多学者都感到困惑不解。不过最近，有科学家发表了一篇论文，指出这样的速度异常是由于飞船上设备运行以及温差电机产生的细微但可探测到的热辐射引起的。这项研究结果被发表在6月12日出版的《物理评论快报》上。
　　该论文的第一作者，美国宇航局喷气推进实验室的斯拉瓦·特里谢夫(Slava Turyshev)说：“这就像是你开着你的车，你的车前灯射出的光子正在将你的车向后推。这样的力量非常微弱。”先驱者10号和11号分别于1972年和1973年发射升空，它们目前正向着太阳系的边缘飞行。在1980年代早期，地面工程师们便注意到这两艘飞船的飞行速度出现了异常的降低，当时这两艘飞船正逐渐接近土星轨道。但是当时没有人引起重视，他们猜想这可能是因为在地面控制中心命令飞船发动机关机之后仍有少量燃料滞留燃料管路的缘故。
　　到了1998年，此时两艘飞船仍在继续向着外空飞行，它们距离太阳已超过80亿英里(约合130亿公里)。此时，一个由喷气推进实验室的约翰·安德森(John Anderson)领导的小组终于意识到，飞船的减速是确实发生的，并且估算出其减速的速率约为300英寸/天平方(约合0.9纳米/秒平方)。他们当时认为这可能暗示了一种新的物理机制，可能颠覆爱因斯坦的广义相对论。在2004年，特里谢夫决定将储存在全美各地的数据收集起来并再次进行分析，看看是否可以从中找出发生这一反常现象背后隐藏的真正原因。与此同时，他和同事们也正在构思设计一个空间物理学实验项目来验证对这一异常效应的解释，而现在他决心首先全力从先驱者飞船的现有数据着手突破这一谜团。
　　他和同事们首先要寻找的是多普勒数据以及遥测数据，前者是飞船发回地球的通讯数据，后者则是飞船发回地球的自身状态报告。当这两艘先驱者飞船升空时，这些数据还是用打孔卡片纪录的。然而特里谢夫和同事们仍然成功地从宇航局喷气推进实验室的控制计算机内拷贝到了电子化的数据文档，这些计算机中的电子化数据文档是在70年代后用来操控先驱者飞船在太空的飞行的。他们同时还发现了十几个盒子的磁带，这些盒子被存放在喷气推进实验室的一座楼梯下面;他们还从宇航局戈达德空间飞行中心维护的国家空间科学数据中心(NSSDC)获得了其它数据文档，并与宇航局埃姆斯研究中心的同事们合作修复了一部分他们保存的磁带。最终他们小组收集到了超过43GB的数据。这一数据量尽管从现在的眼光来看似乎并不多，但是如果放到1970年代的环境下就是非常惊人的数据量了。他甚至还成功地修复了一个原本准备丢掉的老式磁带机，这样他就能用来读取那些年代久远的磁带。
　　特里谢夫和同事们的努力完全是出于自己的个人兴趣和对先驱者项目的深厚感情，他们的工作也得到了人们的支持。美国行星学会向自己的会员们发出邀请，呼吁会员们帮助他们进行数据恢复工作。随后美国宇航局也拨款对他们的工作提供资金支持。在这一过程中，一位加拿大程序员维克多·托斯(Viktor Toth)联系到了特里谢夫，因为他听说了他们所作的努力。他帮助特里谢夫编写了一个程序，专门用来读取遥测数据磁带并进行老旧数据的清理工作。
　　他们注意到，之所以会在先驱者号探测器上发生这样的情况，而在其他探测器上却没有发生，其中的原因是这两艘飞船的制造方式。举例来说，同样发射于70年代，同样飞向太阳系边缘的旅行者号飞船对于自身的热辐射就没有先驱者号那么敏感，因为它的推进器使它保持三轴稳定，而先驱者号采用的则是自旋稳定模式。有了所有这些最新数据，特里谢夫和他的同事们得以计算出先驱者号飞船的供电系统所产生的热输出，以及其电源装置中钚的放射性衰变情况，这样的计算结果及其引发的辐射效应恰好和观测减速值相符合。特里谢夫说：“这个故事该画上一个句号了，标准物理理论被证明是正确的。”他说：“当然没能发现一个新的理论似乎没有那么让人兴奋，不过我们确实解开了这个谜团。”
　　先驱者10号和11号探测器由美国宇航局埃姆斯研究中心负责管理。先驱者10号的最后一次信号是在2003年1月份收到的。先驱者11号的最后一次信号则是在1995年11月份收到的。