旅行者1号为什么能避开柯伊伯带密集的小行星碎片飞出太阳系？

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“旅行者一号”是人类最早的深空探测器之一，于1977年9月5日发射，在1979年3月访问过木星，并在1980年11月利用土星的引力弹弓，飞离了黄道面，面向星辰大海，飞向太阳系的边缘。在新视野号之前，旅行者一号保持着人类制造的最快的飞行器记录。

其实，在旅行者一号发射之后，很多人就怀有担心和疑问，在飞往木星的途中，能不能躲过火星和木星之间的小行星带，毕竟那里有数量众多的小行星。当然，现在我们是知道，旅行者一号毫无阻碍的通过了小行星带。

对于小行星带，在很多人的印象中应该是充满了大大小小的，看着很密集的小行星，但这只是一些影音作品或一些给我们的一个印象错觉。我们知道，这个小行星带主要介于火星与木星的轨道之间，其范围大约在2.17-3.64天文单位，宽度大约5亿公里，比地球到太阳的距离大的多。

如果只从网卡的看给人的感觉就是密密麻麻的一片，但实际上远没有我们想象中的那么密集。太阳系看似热闹，但也是极其空旷的，不管大小天体，轨道相对稳定下来以后，它们之间都会有很大的一个“安全距离”，虽然小行星带的天体数量巨大，约为50万到100万颗，但它们“占据”的空间更大，根据一些数据的计算结果，小行星带的小行星的平局距离超过百万公里，要知道，地月之间的距离也不过38万公里。像旅行者一号这样的大小不超过十米的探测器穿越这个小行星带，如果不是提前设定好目标小行星，其相遇的概率比太平洋上两艘小船随机碰到一起还要低。

而柯伊伯带则是一个猜想的小行星密集带，但这个地带的界限和大小现在还没有统一的界定，目前认为是距离太阳30～55个天文单位的范围内，如果按照这个范围定义柯伊伯带的话，那么旅行者一号早已“安全”飞越过这片区域了。如果按照55个天文单位计算，柯伊伯带的边界距离太阳约82.5亿公里，而截止到2019年6月7日，旅行者一号已经距离太阳218.17亿公里了，目前正以相对太阳17千米/秒的速度飞离太阳系。

柯伊伯带与小行星带有点类似，但其范围要比小行星带大得多，如果按距离太阳30～55个天文单位来看，柯伊伯带的宽度是小行星带的20多倍，并且，柯伊伯带不同于火星与木星之间的小行星带的天体。

但是，也有一部分科学家认为柯伊伯带的范围应该更大，可以从50个天文单位一直延伸到500个天文单位（750亿公里），这样看的话，旅行者一号要飞出柯伊伯带的话还得需要100多年。

旅行者一号在太阳系边缘，它是是怎样与地球联络的？

喷气推进实验室收到来自旅行者1号探测器的汇报：探测器上的低能带电粒子仪数据表明，由太阳发射的低能带电粒子流抵达旅行者1号所处的位置时，其速度已经降为零。而在2011年2月，太阳风的已经开始出现停滞。从这些迹象上看，旅行者1号探测器在之前的某个时刻已经抵达太阳系边缘的“过渡区”，这个过渡区就是太阳系与星际空间最后的交界处。

等离子体广泛存在于宇宙空间中，是带电粒子最稠密和运动最缓慢的形态(霓虹灯的灯光就是等离子体的一个例子)。等离子体也是判别旅行者1号是否处于太阳圈内部的最重要标志。太阳在释放等离子体(太阳风)，太阳风从太阳表面向四面八方流出，如果旅行者1号突破了太阳圈，那其周围的等离子体就会发生改变，此时观测到的将是从附近其他巨大恒星在数百万年前放射出来的等离子体。

从2012年8月25日获得的数据显示，来自太阳圈内部的低能量带电粒子已经基本消失，而来自太阳圈以外的高能量粒子突然飙升到最高水平。这是到达星际空间的两个关键标志。这些变化也是旅行者1号在经过太阳层顶(heliopause)时所预计出现的。太阳层顶是太阳圈与星际空间之间的边界，太阳风在此与星际物质达到平衡。

据此，科学家认为，太阳圈内部的粒子(太阳粒子)在2012年8月25日已经基本消失，而此时星际空间的粒子急剧增加。因此，2012年8月25日就是人类首次进入星际空间的日期。

旅行者1号现在没有飞出太阳系，它还在广义太阳系的范围之内。认为旅行者1号飞出太阳系的误解来自2012年，当时旅行者1号穿过太阳风层顶，并开始接触星际介质。然而，距离太阳122天文单位的太阳风层顶远不是太阳系的最远疆界，事实上，太阳系的半径可达1至3光年。因此，以旅行者1号的飞行速度，需要几万年的时间才能真正飞出太阳系。

其次，旅行者1号已经在太空中飞行了40年。目前，这艘无人探测器与地球相距140天文单位，相当于19光时，这意味着从地球上发出的光需要在太空中行进19小时的时间才能到达目前旅行者1号所在的位置。旅行者1号配备了高增益天线，能够把信号集中在一起传回地球。

不过，当这些信号在宇宙中传播了19小时达到地球后，已经变得十分微弱，普通的设备无法探测到。为此，美国宇航局（NASA）建造了深空网络，用于接收旅者1号传回地球的微弱信号。目前，这艘探测器仍然和地球保持联系。据估计，旅行者1号携带的发电机还能工作到2025年，到了那时我们将会与旅行者1号失联，再也无法接收到来自这艘探测器发射出的无线电信号。

另一方面，宇宙空间十分宽广，天体在其中的分布其实非常稀疏，使得旅行者1号与其他天体发生碰撞的可能性很低。因此，在天文学家在设计好旅行者1号的最终飞行轨迹之后，这艘探测器就会依靠惯性飞出银河系，无需再进行调整。接下来，我们只能期望旅行者1号安然无恙地飞向宇宙深处。

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