去年秋天,美国国家航空航天局最古老的宇宙飞船之一开始向地球发送乱码。它通常由 1 和 0 组成的字符串——共同讲述其未知旅程的二进制代码——突然变得难以理解。
在距地球约 150 亿英里,超越太阳吹出的保护泡泡并进入星际空间的旅行者 1 号遇到了麻烦。
美国国家航空航天局喷气推进实验室 (JPL) 的旅行者项目科学家琳达·斯皮尔克说:“我们与旅行者号的对话,从包含科学数据的 1 和 0,变成了仅仅是拨号音。”
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斯皮尔克于 1977 年加入 JPL,同年美国国家航空航天局发射了旅行者 1 号及其孪生兄弟旅行者 2 号,开始了一场在某种意义上是永无止境的奥德赛:从地球到外太阳系,最终到达星际无限。今天,地球上有数十亿人从未在没有旅行者号在我们的天空中呼吸过空气,他们像我一样,只存在于一个与这些健谈的双子宇宙飞船共享的宇宙中。但就像人一样,宇宙飞船也会变老。它们会发生故障。
所有美好的事物——甚至伟大的事物——都必须走到尽头。在经历了数天、数周,然后数月的无法辨认的二进制胡言乱语之后,旅行者 1 号的地球管家不得不考虑这样一个想法,也许,在 46 年多之后,它的时间终于耗尽了。
JPL 的旅行者 1 号团队已将问题追溯到航天器的飞行数据系统,这是一个车载计算机,用于解析和分配工程和科学测量数据,以便随后无线电传输到地球。一种可能性是,高能宇宙粒子击中了旅行者 1 号,并在系统的内存中引起了位翻转——随着航天器在星际空间的恶劣荒野中航行,这种情况发生得越来越频繁。通常,团队只需向航天器请求内存读数,使其成员能够找到并重置错误位。
JPL 旅行者项目经理苏珊娜·多德说:“我们以前曾从位翻转中恢复过来。这次的问题是我们不知道位翻转在哪里,因为我们看不到内存是什么。”多德像斯皮尔克一样,她的漫长职业生涯始于探测器的工作。“这是自从我担任项目经理以来我们遇到的最严重的问题,这很可怕,因为您会失去与航天器的通信。”
昨天,该团队宣布在突破旅行者 1 号方面取得了重大进展。经过数月的压力和不成功的尝试,他们已设法解码至少一部分航天器的乱码,使他们能够(可能)找到一种方法来查看它一直在试图表达的内容。
美国国家航空航天局太阳物理学部门主管乔·韦斯特莱克说:“这是旅行者号的一个极好的进展。”该部门负责监督该任务。
在您阅读完这个故事的时间里,旅行者 1 号将穿过大约 10,000 英里的大部分空旷空间;在我报道它的几周里,探测器飞行了约 2600 万英里。自从去年 11 月首次出现通信混乱以来,航天器又向远离家园的方向航行了 10 光分钟。旅行者 1 号及其孪生兄弟号正在像时间流逝本身一样确定地离我们远去。迟早,这些神圣的太空时代偶像将变得沉默,变成仅仅是遥远的记忆。
即使在太空界,他们当然也同样热爱所有的机器人探测器,但旅行者号是特殊的。美国国家航空航天局科学副局长尼古拉·福克斯说:“它们是非常重要且备受喜爱的航天器。旅行者 1 号是国家宝藏,旅行者 2 号也是如此。”
按照设想,旅行者任务将利用 175 年一遇的木星、土星、天王星和海王星的排列,以弹弓效应穿过太阳系中人迹罕至的腹地。传说美国国家航空航天局局长向理查德·尼克松总统推销该项目时指出,上次行星如此有利地排列时,托马斯·杰斐逊正住在白宫。旅行者号配备了核动力源,旨在持久耐用——完全无视了“凡是上升的,必将下降”这句谚语。两者都从未打算再次着陆;相反,它们注定要前往星星。现在,近半个世纪后,这对探测器已成为人类发射过的寿命最长、飞行距离最远的探测器。(旅行者 1 号是领跑者,其兄弟号紧随其后。)
斯皮尔克刚从大学毕业就开始在旅行者号上工作,渴望通过它们的机器人眼睛看到外太阳系,因为它们在罕见的天体排列中冲浪。“我在三年级时有一个望远镜,我曾经用它来观察木星和土星,”她说。“我想真正靠近,看看这些行星是什么样子。”
在 1979 年至 1981 年间,旅行者 1 号和旅行者 2 号掠过气体巨行星,传回了带状木星和黄油色土星及其令人眼花缭乱的卫星的惊人图像。旅行者 2 号继续考察冰巨星:1986 年的天王星和 1989 年的海王星。这是首次也是唯一一次有人近距离看到这些蓝色环状世界。
斯皮尔克说:“它们曾经是微小的光点,现在你正在近距离飞行。”“你看到了米兰达悬崖”——天王星的一颗奇异卫星——“还有海卫一,上面有活跃的间歇泉喷发。”(没有人预料到会在海王星轨道上看到一个活跃的冰冷世界,即使现在,旅行者号 35 年前的图像仍然是我们拥有的关于那个奇怪的小卫星的最佳图像。)
当旅行者号离开已知行星领域时,每个探测器都沿着不同的路径进入黑暗:旅行者 1 号向上弯曲并飞出太阳系平面,旅行者 2 号向下环绕。斯皮尔克也遵循了自己的道路:她进入研究生院并使用旅行者号数据获得了行星科学博士学位——她不知道几十年后,在领导美国国家航空航天局的卡西尼号土星任务之后,她会再次成为启动这一切的任务的一部分。
她说:“有机会回到旅行者号。”“我说,‘当然。我很乐意回去。’”
在此期间,随着旅行者号航行得越来越远离地球港,团队关闭了许多车载仪器,包括照相机。但这对探测器仍在研究只有它们才能到达的空间。它们的主要工作现在是描述日球层——由太阳风和磁场形成的包围太阳系的、阻挡宇宙射线的气泡。它们将记录弥漫在近乎虚无中的外来粒子和场。也许,如果它们幸运的话,这对双胞胎探测器将完全逃脱太阳保护罩,并重生为真正的星际漫游者。
2012 年,旅行者 1 号超越了这个边界,即日球层顶,太阳的影响力在那里减弱。在此之前,科学家们只能猜测这个屏障之外是什么,并且只能模拟它如何保护地球免受虚空的严酷侵袭。现在,旅行者 1 号可以直接告诉我们关于恒星之间物质的信息。旅行者 2 号于 2018 年紧随其后,而当时担任美国国家航空航天局太阳物理学部门新任主管的福克斯正处于行动之中。
福克斯回忆说:“您正在观察宇宙射线上升,太阳风下降,那是‘哦,我的上帝,这太令人兴奋了’的时刻之一。”“我将旅行者号视为一项任务,”她说。“我们正在将所有数据放在一起,但是它们在那里。它们是勇敢的航天器,已经离开了日球层的保护泡泡,正在探索星际空间。很难不对它们感到兴奋。”
这不是旅行者 1 号第一次开始说一种难以理解的语言。2022 年,当探测器遭受早期遥测数据混乱时,JPL 工程师鲍勃·拉斯穆森从退休生活中被惊醒。实验室想知道拉斯穆森(他于 1975 年加入了航天器的系统工程团队)是否愿意考虑一下这种情况。
拉斯穆森说:“当时我很高兴地退休了一年多一点,还有很多其他事情让我忙碌。”“但我喜欢解决难题,这是一个棘手的难题,我无法错过。破解它花了几个月的时间,但此后难题流并没有放缓。”
之后,他保持待命状态。因此,去年 11 月,当旅行者 1 号再次开始传输乱码时,拉斯穆森准备好迎接更多的难题解决。他加入了一个精心挑选的专家团队,他们一起深入研究了让这艘故障航天器恢复运行的细节。
问题至少有三层深度。首先,与旅行者 1 号通信需要很长时间。用于指挥航天器的无线电信号以光速传播,需要 22.5 小时才能传播 150 亿英里——以及 22.5 小时才能返回。其次,旅行者号并不是现代技术。
多德说:“大多数东西都无法持续 46 年。您的时钟收音机和烤面包机都不会持续 46 年。”多德刚毕业就加入了旅行者项目,然后从事其他任务,现在又回到了这个项目。
此外,许多在 1970 年代建造和开发航天器的人都不在世了,无法解释设计背后的理由。
第三,不幸的是,无论是什么损坏了航天器,都设法夺走了旅行者 1 号发送有意义的通信的能力。团队一片茫然,试图找到错误的无形来源。(想象一下试图修复屏幕冻结的卡住的台式电脑:您看不到光标,并且您的点击可能会导致更多问题——但在这种情况下,每次输入都有数天的延迟,并且可能会损坏一个珍贵的、行为不端的文物,该文物距离地球超过 150 亿英里。)也许最令人恼火的部分是团队知道旅行者 1 号在其他方面完好无损,并且运行正常。
韦斯特莱克说:“它仍然在做它应该做的事情。”“它只是不太清楚如何发送正确的消息回家。”
拉斯穆森和他的同事着手尽可能详细地了解航天器。这意味着仔细研究原始设计原理图,这些原理图现在已经泛黄并钉在不同的墙壁上——多德说,这项工作类似于“有点像考古挖掘”——并研究过去的团队如何解决异常情况。多德说,这很棘手,因为即使团队成员可以弄清楚工程师如何解决问题,他们也未必能辨别出各种解决方案背后的理由。他们大约每周向旅行者 1 号发送一次命令——通常在星期五——到星期日,他们会收到航天器的回复。
拉斯穆森说:“每次谨慎的行动后都充满悬念,每当一块碎片就位时都充满希望,如果我们的预感是错误的,则会感到失望。”
进展缓慢。随着时间的推移,团队越来越担心。但没有人放弃,在任何级别的领导层都没有。
福克斯说:“我将依靠旅行者团队来说,‘嘿,尼基,我们已经竭尽全力了。’” “在我们知道已经尝试过所有方法并反复尝试之后,我们才做出任何决定,因为我们真的希望让旅行者 1 号重新与我们对话。”
然后,在三月初,情况发生了一些变化。为了响应一个命令,航天器没有发回绝对的乱码,而是发送了一串看起来更熟悉的数字。事实证明这是一个罗塞塔石碑时刻。很快,美国国家航空航天局深空网络(一个环绕地球的无线电天线阵列,用于将信息从地球中继到航天器)的一位不愿透露姓名的工程师就学会了如何说旅行者 1 号的乱码语言。
在翻译了航天器传输的那个模糊熟悉的部分之后,团队可以看到它包含了飞行数据系统的内存读数。现在他们面临新的问题:他们能否找到并纠正变异代码的来源?他们能否了解航天器是否正在发送有用的科学数据?他们能否将旅行者 1 号的词典恢复到原始状态——还是他们需要继续用探测器新的日球层顶后方言说话?韦斯特莱克说:“希望我们能找回良好的科学数据。”“想到一个在我整个职业生涯中一直存在的东西正在消失,真的很难想象。”
但无论是由于故障还是放射性电源的时间缓慢衰减,旅行者号当然最终都会消失。它们每年损失 4 瓦的电力,并且变得越来越冷。斯皮尔克说:“无论是这个特定的异常让我们失望,还是下游的一个异常,或者航天器变得足够老和足够冷——总有一天您会去寻找它,但它只是停止工作了。”
就像沉默的大使或无声的使者一样,旅行者号将继续向外航行,仍然带着我们进入星星——“有点像漂流瓶,”斯皮尔克说。
除了它们的科学有效载荷外,每个航天器质量的一小部分用于从一个名为地球的孤独岛屿向星际海洋投射宇宙信息。每个探测器上都安装了一张金色唱片,上面刻有凹槽,编码了从我们这个狭小的时空角落选择的视觉和声音。随附的唱针被定位为从头开始播放唱片,旁边是一本象形文字和算术说明手册。
唱片是金色的,因为黄金在万古长存,它们是唱片,因为那是 1970 年代存储大量信息的最佳方式。如果它们最终被回收和解码,这些信息将讲述我们人类的故事——至少是由包括我的父母(已故天体物理学家弗兰克·德雷克和他幸存的配偶阿玛尔·沙克哈希里·德雷克)、天文学家卡尔·萨根、纪录片制片人安·德鲁扬和科学作家蒂莫西·费里斯在内的一小群人设想(并在某些情况下执行)的故事。这些故事并不完美。它们充满了片面的乐观主义,并删除了对战争、饥荒、贫困和几乎任何其他地球失败的提及——这是一个刻意隐藏我们破碎世界的缺陷的决定。我知道这一点,因为我的父亲,唱片的技术总监和寻找宇宙文明的科学探索的先驱,告诉我他在选择照片时做出的艰难选择。而且我知道这一点,因为我的母亲,她录制了信息的阿拉伯语问候语(“向我们在星星中的朋友们致意。我们希望有一天我们会与你们相遇”),也提供了帮助。
对我来说,当旅行者号在太空中旅行时,它们不仅帮助我们了解我们所存在的宇宙背景;它们还在将我父母的纪念品带入星星。这些航天器——以及它们对地球的闪闪发光的颂歌——将存活数十亿年。在我们世界、我们的太阳和我们珍视的一切变得面目全非很久之后,旅行者号将仍然存在,坚定地加速远离一个不再存在的家园,并包含曾经存在过的文明的遗迹。
这就是为什么,在近半个世纪的时间里,旅行者号及其星际消息已经变得比它们旨在完成的早已大胆的任务还要伟大。它们的触角更广。它们不可避免的沉默将是深刻的。
福克斯说:“想到它们独自在外,您无法再与它们通信——这很痛苦。”“这很悲伤。真的很悲伤。”