图1 “旅行者”1号宇宙飞船（Voyager-1）（图片来源：NASA）

一、去吧，去触摸太阳系！

1977年9月，一颗体重为722kg的宇宙飞船”旅行者”1 号（Voyager-1 ）带着神圣的使命在美国腾空，这次腾空同时也代表了美国的高度。

这个使命甚至用现在的眼光来看，也是那样不可想象：触摸太阳系的边界！

是的，此前两个月，”旅行者”1号的妹妹”旅行者”2号就已经先行一步，迈向了太空。

这两姐妹要做的事实在很多，除了沿途不断地给太阳系拍照外，她们还希望能碰到外星人：她们带着地球的问候语”行星地球的孩子（向你们）问好”，希望能被外星人听懂。此外，飞船上还有中国的京剧和古曲《高山流水》！看吧，这两个才是中国文化的精华啊！

那是个冷战年代，那个时候的中国，正酝酿一场伟大的社会革命：改革开放！而美国人，却把自己的触角伸到了太阳系。

二、太阳系，你有多大？

图2 旅行者姐妹正在触摸太阳系的边界。（图片来源:NASA）

太阳系到底有多大，太阳系的边界到底在哪里？

哲学家康德曾说让他心灵震撼的一是头上的星空，二是人间的道德法则。一想起星空，人类就会觉得世界很奇妙，就会不可遏制地问自己：人类到底来自哪里？宇宙到底有多大？宇宙外面是什么世界？

好了，先别管宇宙了，先问问自己，太阳系到底有多大？

太阳系的边界通常有两种定义：

1，狭义的一种是以冥王星轨道为界，冥王星与太阳的平均距离是59亿公里。

即使这个距离很近，但人类至今还没有专门的宇宙飞船探访过这个因为个头太小而被踢出行星行列的家伙！不过，2006年美国在卡纳维拉尔角发射了世界首个冥王星探测器”新地平线”号，此刻正风尘仆仆地赶往冥王星，如果中途不出交通事故的话，估计到那里的时间是2015年。

地球到冥王星 ，飞10年！

还好，10年说快也快， 先驱者10号和11号、旅行者1号和2号如今都已突破了这个界限。

2，广义的一种则是由带电粒子组成的太阳风伸展范围的边缘，它离太阳的距离为85至120个天文单位。这个距离，按照1977年的科技水平，至少要飞30年左右。

想一想吧，要飞到太阳系边界，30年！容易吗？ 你能保证小飞船在太空30年不出交通事故，保证他身体一路健康吗？保证他有充足的能量支撑他走到终点吗？但我们总得往好的方面想，NASA祝愿他的飞船一路顺风，希望他能活到2015年呢！

三、漫长的旅途

旅行者现在飞到了哪里？

2006 年， 转眼间，”旅行者”1 号在太空也已经遨游了近29 年（如果他还活着的话）。按照美国航空航天局（NASA）计算的坐标系，旅行者1号应该 距离地球大约147 亿公里 (NASA, 2007) ，也就是98 个地球到太阳的距离（即98 个天文单位），约3 倍地球到冥王星的距离。这 正是太阳日球层顶即太阳系的边界。

四、旅行者，你还活着吗？

这个距离，不用说，无论人类用什么太空望远镜，都不可能看得到小小的太空飞船。

但是，一个激动人心的时刻发生在2006年的3月，而创造这次记录的竟然是一群业余天文爱好者！

2006年3月，一群来自德国的天文爱好者（AMSAT）宣布自己追踪到了旅行者1号！他们给NASA的科学家发信，宣布自己的发现，并很快得到了证实。

五、怎么追踪旅行者？

“旅行者”1 号虽然早就消失在人类视野中，但它也并非无迹可寻，因为它还在恪尽职守地往地球发射电磁波信号，而追踪它的前提是地球上的天线能够接收到飞船发回到地球的信号，并且通过一定的技术处理方法检测出这些信号。

但是，飞船信号抵达地球时功率非常小，旅行者1号发回来的信号大约是一枚普通电子表电池功率的200 亿分之一.( 方玄昌, 2007，我曾经发邮件向方老师请教怎么计算这个功率的，可惜没回信。谁知道的告诉我一声！谢过。)

图3 利用长观测时间技术,这些天文爱好者从6 分钟的电磁波数据中追踪到旅行者1 号发到地球的信号。（来源：AMSAT-DL）

这么小的功率，怎么还能追踪得到呢？太神奇了！我也很奇怪，也想请教人。资料说是根据长时间观测技术（long integration technique），原理是多普勒频移（这些天文爱好者还专门做了PPT给世界各地的爱好者做了次报告，告诉大家他们是怎么找到这些信号的）。具体细节的我就不知道了，但我们还是来看看那些收到信号的天线吧。

图4 第一张是大天线外观图，这个时候，天文台的窗口还没有打开。中间这张图是站在大天线脚下的仰视图。第三张图就是收到”旅行者”-1号发回信号的大天线，这个大天线的直径达到20米。（图片来源：MASAT）

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请从图上仔细找找有几处发生山崩？

图1 2008年2月19日（传回地球需要时间，NASA是3月3日公布的），美国宇航局(NASA)利用”火星勘测轨道器”捕捉到了火星北极附近正发生山崩的情形，和地球上房子倒塌扬起尘土很相似，这么多尘土说明这个地方缺水啊。对了，火星上有水吗？（我看至少有4处山崩，下图显示了两处明显的山崩。）（图片版权：NASA/JPL/University of Arizona）

看新浪的新闻，说”据分析，山崩下来的物质是由冰层和尘埃构成，因此可以用来研究火星上是否有过生命。液态水是生命之源，目前已经证实火星上有水，但是没有液态水，只有固态水(冰)和气态水(水蒸气)。”（纳闷，怎么缺少液态水这个中间状态呢？）

看看科学家怎么验证火星上是不是有液态水的？

图2 最左边这张图是拍摄的火星山崩后的沉积物分布图。中间这张图是计算机模拟，如果火星存在液态水，这些崩塌下来的沉积物的样子。最右边的图是计算机模拟，没有液态水，也就是干燥的情况下，崩塌后的形态。一对比，发现干燥的情况比较符合实际图像。因此，人类还没有找到液态水的证据。（图片版权： Jon Pelletier, UA）

研究山崩有什么用？

除了研究火星生命外，新浪网又说：”过去，我们认为火星的地质活动是十分’宁静’的，它不像地球那样有剧烈的造山运动和板块运动，但现在看来火星上也并非’死水一潭’。火星上的山崩现象十分罕见，这是第一次拍摄到火星山崩。

这真的是第一次拍摄到火星山崩吗？

新华网在2004年有一条新闻：欧洲的”火星快车”探测器拍摄到火星山体滑坡照片，山体滑坡（Landslide）可能就是山崩的意思。因此，我又不敢相信这些网络新闻了，真的是第一次吗？真的只有固态和气态水，而没有液态水吗？

图3 放大的山崩图，如果要看更清晰的大图，请点击这里。

什么”照相机”这么好用？

图4 The High Resolution Imaging Science Experiment camera（图片来源wiki）

就是这个照相机，简称HiRISE，全称High Resolution Imaging Science Experiment ，中文名字高分辨率成像科学实验照相机。

这个照相机和我一样重（65kg），但显然比现在的我值钱多了（4000万美元）。最前面的那个大镜头是反射式望远镜，分辨率可以达到0.3米/像素。这个像素精度比Google Earth所用的快鸟卫星的精度还要高（快鸟是0.5m/像素）。

这个照相机搭载在哪个探测器上？

一个叫做 Mars Reconnaissance Orbiter（火星勘测轨道飞行器）的探测器上，价值7亿2000万美元。这颗探测器2005年8月12日上天，花了1年多（2006年11月）才最终进入自己设定的轨道。主要的任务是勘查火星地形，地层，岩石和寻找”冰”，并且利用大相机拍一些前所未有的清晰照。

图5 这个卫星上除了装载大照相机HiRISE，还有许多其他科学仪器，比如光谱仪spectrometers，雷达radar，SHARAD，MCS，CRISM，MARCI，CTX，可以针对不同的勘查目的成像。

人类探测火星简要历程

火星距离地球近，又一直被怀疑有生命迹象，因此是目前除地球以外人类研究程度最高的行星。截止到2007年底，人类共发射了38个火星探测器（不知道是否包括发射失败或上天后失踪的），其中美国18个，苏联17个，俄罗斯1个，日本1个、欧洲1个。

金星也距离地球近，为什么不多探测？（人类已向金星发射了32个空间探测器，其中22个成功，9个失败，最近的一个是欧空局的”金星快车”，也算多了）

金星因为浓密的云层，”温室效应”很厉害，表面温度400多℃，高的时候500℃，甚至高于距离太阳更近的水星（平均179 ℃）。曾经有卫星登陆水星，但几个小时后就蒸发了，猜测是被太阳烤坏了），因此要登录金星，难度可能很大（wiki说已经有着陆探测）。总之，很少听到”金星人”的说法，”金星文”也没有”火星文”流行。

简单看看近些年的火星探测器：

1997年，美国火星探路者/拓荒者(Mars Pathfinder、MPF)，人类首次登陆火星表面。

2001年，美国火星奥德赛(Mars Odyssey)

2003年，美国先后发射了“勇气”号(Spirit,MER-A)和“机遇”号(Opportunity,MER-B)火星车。

2007年，美国凤凰号(Phoenix)，今年5月抵达火星

图6 火星地形图。从图上看，一半似海洋，一半似大陆！很奇特。火星上具有太阳系最高的火山-奥林匹斯山，21km。但这张地形图的高程显示才12km，不知道是否有问题，另外这里的坐标系统也很怪，只有西没有东。如果要看更高清晰的火星地图，请点击这里，大小为18M（图片来源）还有更多高清晰的图，请看NASA网站。

图7 就在1个多月前，欧洲科学家利用”火星快车”探测器发回的高清晰度照片，绘制完成了火星三维地图，火星山的峡谷和丘陵地带将以三维的形式出现在世人面前。这是三维地图上的撞击坑。其实Google Mars很早就推出了火星地形图，但不足的地方是缺少坐标，连这一次山崩对应哪个地方都不好找，而且缺少三维显示，希望火星快车尽快出”三维火星”。

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三个单词解释下：

KAGUYA：月亮女神（Kaguya Hime是”辉夜姬”的意思，她是日本家喻户晓的民间传说中美丽的月亮公主。）相关文章看这里。

JAXA：Japan Aerospace Exploration Agency，日本宇宙航空研究开发机构

NHK：Japan Broadcasting Corporation 日本广播协会。NHK经常会拍一些很好的记录片。

图1 地球从月球上升起。人们经常会想站在月球表面看到的地球会是什么样子，美丽的神话和浪漫的故事随之诞生，但在月球表面，”地球升起”实际上是不可能发生的，假如你背对着地球，那么你将永远背对着地球，为什么？看我下面的示意图就清楚了。点击下载大图。

图2 我们在地球上永远只能看到月球的一面，为什么？因为月球绕着地球同时做自转和公转，自转的周期恰好等于公转的周期，即27天7小时43分11.47秒。也就是说，月球绕地球转一圈，自身也转了一圈。图示月球自西向东转没错吧，绕一圈那面始终朝着地球。

图3 在月球上你永远不会看到地球升起的景观。但是卫星可以，这是月神卫星利用高清晰HDTV拍摄地升和地落的两个位置。

图4 在月球南极附近的”月平线”上拍摄到的”地球落下”连续照片。点击下载大图。

图5 地球从月平线缓缓落下。点击下载大图。

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