30年前：旅行者2号历史性地飞越海王星

这张海王星的照片是由旅行者2号（Voyager 2）在1989年8月25日探测器与该颗行星最近距离接触前的五天内拍摄的。照片显示了“大暗斑”（Great Dark Spot）- 海王星大气层的风暴，以及伴随风暴而来的明亮的淡蓝色云团。
版权：美国国家航空航天局（NASA）/加州理工学院喷气推进实验室（JPL-Caltech）

30年前的1989年8月25日，NASA的旅行者2号探测器近距离飞越海王星，这是人类首次近距离观察太阳系的第八颗行星。作为旅行者号对太阳系四大巨行星——木星、土星、天王星和海王星——造访之旅的最后一站，这也是旅行者号第一次也是最后一次造访海王星。

美国加州理工学院物理学教授埃德•斯通（Ed Stone）自1975年以来一直担任旅行者号任务的项目科学家，他表示：“旅行者号行星计划确实是一个向公众展示科学到底是什么的机会，我们每天都在学到一些新东西。”

旅行者2号发现的这颗行星被蓝绿色和钴蓝色的云带包裹着，看起来像木星和土星的一个蓝色调兄弟，蓝色表明甲烷的存在。巨大的暗蓝灰色风暴被称为“大暗斑”（Great Dark Spot），类似于木星的大红斑。此外，旅行者2号还发现了环绕这颗行星的6颗卫星以及4个光环。

在这次邂逅中，工程团队小心翼翼地改变了探测器的方向和速度，以便它能近距离飞越海王星最大的卫星：海卫一（Triton）。本次飞越表明了海卫一表面地质年龄年轻以及活跃的间歇泉向空中喷涌物质的证据。这表明海卫一不仅仅是一个固态的冰球，尽管其表面温度为零下391华氏度（零下235摄氏度），是旅行者号观测到的所有天体中最低的。

这幅全球彩色照片显示了海王星最大的卫星，海卫一（Triton）。粉色调的甲烷冰可能在卫星表面形成一个巨大的极地冰帽，而覆盖在这些冰上的深色条纹被认为是由海卫一表面喷发的巨大间歇泉状羽状物沉积下来的尘埃。
版权：NASA/JPL-Caltech

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飞越海王星的结束标志着旅行者号星际航行任务的开始，该任务在发射42年后的今天仍在继续。旅行者2号和其孪生兄弟旅行者1号（旅行者1号也曾飞越过木星和土星）继续从太阳系外层边缘发回信号。在与海王星相遇时，旅行者2号距离地球约29亿英里（47亿公里）；如今距离地球110亿英里（180亿公里）。速度相对更快的旅行者1号现距离地球130亿英里（210亿公里）。
当旅行者2号造访海王星时，旅行者号任务团队已经完成了5次行星造访。但这颗蓝色的巨行星仍然面临着独特的挑战。

这颗冰冷的巨行星与太阳的距离是地球到太阳距离的30倍，它接收到的阳光只有地球的1/1000。在如此低的光下，旅行者2号的相机需要更长的曝光时间才能获得高质量的图像。但是由于探测器相对地球的最高速度将达到每小时60000英里（每小时90000公里），长时间曝光会使图像变得模糊。(想象一下，试图从一辆超速行驶的汽车的窗户上拍摄路边的标志牌。)

因此，任务团队对旅行者2号的推进器进行了编程，使其在接近目标时能够轻轻点火，使探测器旋转以便相机始终可以聚焦在目标上，且不会影响探测器的总体速度和方向。

探测器与地球之间的遥远距离也意味着，当旅行者2号发出的无线电信号到达地球时比其他近天体探测飞行的信号要弱。但旅行者2号具有时间优势：旅行者号通过深空探测网（Deep Space Network，DSN）与地球通信，DSN利用位于西班牙马德里，澳大利亚堪培拉和美国加利福尼亚州戈德斯通的站点的无线电天线接收信号。1968年，当旅行者2号与天王星相遇时，最大的三个DSN天线宽为64米（210英尺）。为了协助造访海王星，DSN将碟形天线被扩建到70米（230英尺）。附近的非DSN天线也被用来收集数据，包括位于澳大利亚帕克斯的另一个直径6达4米（210英尺）的天线盘，以及位于新墨西哥州甚大天线阵（Very Large Array）的若干直径为25米（82英尺）的天线。

这两幅图像是由旅行者2号于1989年8月26日刚抵达距离海王星的最近点时拍摄的。图中海王星的两个主环清晰可见；通过长时间曝光和来自太阳的背光，可以看到两个较暗的光环。
版权：NASA/JPL-Caltech

这一努力确保了工程师们能够清晰响亮地听到旅行者号的信号。它还提高了在既定时间内能够发回地球的数据量，使探测器能够在飞越行星时发回更多的图片。

在1989年8月那次近距离接触的前一周，NASA位于加州帕萨迪纳的喷气推进实验室的大气是带电的，该实验室负责管理旅行者号任务。由于旅行者2号在接近海王星时拍摄的图片要经过4个小时才能传回地球，所以旅行者号任务团队成员会挤在实验室的电脑显示器周围观看。

Stone表示：“旅行者号行星相遇与现今任务的不同点之一在于，当时没有互联网可以让整个团队和全世界同时看到图片。这些图像可以在几个限定地点实时获取。”

但该任务团队致力于尽快向公众发布最新消息，因此从8月21日至8月29日在每日新闻发布会上与全世界分享他们的发现。8月24日，一个名为“旅行者号整夜大放送”（Voyager All Night）的节目定期播送了探测器与这颗行星于8月24日格林尼治时间上午4点（加州时间晚上9点）最近距离接触的最新进展。

第二天早上，美国时任副总统丹•奎尔（Dan Quayle）参观了实验室，并对旅行者号团队表示赞赏。当天晚上，查克•贝里（Chuck Berry）在喷气推进实验室对这一壮举的庆祝活动上演唱了自己的歌曲《约翰尼•B•古德》(Johnny B. Goode)，这首歌还被收录在两个旅行者号探测器携带的黄金唱片中。

（从左至右）1989年8月，Chuck Berry和卡尔•萨根（Carl Sagan）在NASA喷气推进实验室举行的旅行者2号飞越海王星庆祝活动的舞台。Berry的歌曲《Johnny B. Goode》是最近进入星际空间的旅行者1号和旅行者2号所携带的“黄金唱片”中唯一的一首摇滚歌曲。
版权：NASA/JPL-Caltech

当然，旅行者号的成就远远超出了30年前那个历史性的一周。这两个探测器都是在穿越了日球层后进入星际空间的。日球层是由太阳向外喷射的高速粒子流（太阳上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流，被称作太阳风）和磁场形成的保护性“泡沫”。

旅行者号向地球报告这一区域的“天气”和情况，该区域充满了在星系其他地方恒星爆炸形成的碎片。旅行者号踏足此前从未有探测器到达过的地方，迈出了人类进入宇宙海洋的第一小步。

旅行者号的观测结果也补充了NASA星际边界探测器（IBEX）的数据，IBEX正在对来自太阳的粒子与来自星系其他部分的物质碰撞的边界进行遥感探测。同时，NASA正在为计划于2024年发射的星际测绘和加速探测器（IMAP）进行准备，以充分利用旅行者号的观测结果。

旅行者1号和2号通过发射机功率为13瓦的DSN天线将它们的发现传回地球，这相当于一个普通冰箱灯泡的功率。

Stone表示：“旅行者号每天都在探索人类探测器从未到过的地方。发射42年后，它们依旧在探索。”

欲了解有关旅行者号任务的更多信息，请访问以下链接：
https://voyager.jpl.nasa.gov/

欲获取更多由旅行者2号拍摄的海王星图片，请访问以下链接：
https://voyager.jpl.nasa.gov/galleries/images-voyager-took/neptune/

来源：
https://www.nasa.gov/feature/jpl/30-years-ago-voyager-2s-historic-neptune-flyby