(编辑候选标题:悬念型《飞了半个世纪的先锋牌,为什么在悄悄减速》;画面感型《先锋牌身后,钉着一张金属名片》;提问型《先锋牌为什么在太空里“踩刹车”?》)
它在刹车,而“刹车片”是它自己
1983年6月13日,一台洗衣机大小的金属机器越过海王星轨道。它叫先锋牌10号探测器——人类第一台穿过小行星带、飞掠木星、并越过当时已知最远行星轨道的人造物体。控制室里没人再为它欢呼,因为它已在太空里跑了11年,余电只够点亮一只小灯泡。
三十多年后,工程师翻出它和同伴先锋牌11号的旧无线电记录,发现一件怪事:这两台探测器正以约8.7×10⁻¹⁰米/秒²的加速度,朝太阳方向轻微“刹车”。这个数字小得离谱——按这个加速度,它一年只让探测器少走约400公里的位置,差不多是北京到济南的距离。放在几十亿公里的航程上,却足够被精密测出来。
一张写给陌生人的名片
先锋牌身上最有名的是那块15×23厘米的镀金铝板。1972年,卡尔·萨根等人设计了它,用来向可能存在的外星读者说明“谁寄的、从哪寄的”。板子上没有文字,只有几笔线条。
最关键的一笔是氢原子两种自旋状态之间的跃迁,在射电上对应波长约21厘米、频率约1420兆赫的谱线。这条谱线相当于宇宙通用的尺子——任何稍懂射电的文明都会先发现它。铝板用这个长度单位标注了人体身高和日地距离。另一组放射状线条,每一根代表一颗脉冲星(自转极快、会周期性发射电磁脉冲的中子星),标出它们相对太阳的位置与脉冲周期。打个比方:这块板相当于一张便条,写着“我家在第几号楼,楼下有棵特别显眼的树”。
它靠“一锅慢炖的热”活着
飞这么远,靠不了太阳能——那里的阳光太弱。它的电来自放射性同位素温差发电机:用钚-238衰变放出的热,经热电材料转成电。发射时输出约155瓦,之后逐年衰减,到1990年代已不足当年一成。
关键在于,钚-238发热持续且不均匀。仪器、电池组、天线在飞船各处散热量不同。类比一下:冬天房间里放一台不停工作的暖气,一边贴墙、一边临窗,屋里不会均匀变热;飞船也一样,热量朝一个方向多跑一点,飞船就被轻轻推一下。
那点减速,究竟是谁在踩
这就是“先锋号异常”。1990年代,研究者仔细扣除已知引力、太阳辐射压等影响后,仍剩下一项朝向太阳的小加速度。有人大胆猜测:是不是引力定律在远处需要修正?这属于假说推测,当时没有任何观测直接支持。
2012年,一项更细致的研究把两枚先锋牌探测器的热模型与实际遥测数据比对,认为不均匀的热辐射反冲可以定量重现观测到的减速:探测器自身的热量从背面方向散得更多,产生微弱反向推力。观测到的减速是真实的,解释是热学层面的。不过这种解释依赖对探测器老化状态、表面反射特性的建模,个别细节仍有讨论,可以说目前尚无定论——但争的是工程精度,不是引力定律。
它现在是天上一段没人接的电话
先锋牌10号最后一次传回信号是2003年,当时距太阳约82个天文单位(1个天文单位约1.5亿公里,即日地平均距离)。此后发射机功率衰减到地面天线再也听不见。今天它大约在130多个天文单位外,光从那里跑到地球要十几个小时。它以约每秒12公里的速度前进,比旅行者1号慢不少。估计约200万年后它会从金牛座方向某颗恒星附近经过——更准确地说,是在几十光年外擦肩。
回到那块金属板
铝板上用氢原子谱线做标尺;它减速的原因,也是热辐射。一封“无名信”和一笔说不清的刹车,用的是同一种物理语言。
它的信号已经停了两十年,它的减速却还在继续,只是再没有人测量。问题留给你:一块写给陌生人的名片,如果永远没有人读,它还算是一封信吗?
延伸阅读
- 卡尔·萨根《宇宙》:从星际通讯到行星科学的经典科普读本。
- 纪录片《最遥远的地方》(The Farthest,2017):讲述人类向外太阳系派出探测器的完整故事。
- NASA 国家空间科学数据中心(nssdc.gsfc.nasa.gov):Pioneer 10/11 任务档案与原始数据说明。