上文書我們講到了美國的先驅(qū)者10號探測器，這個探測器創(chuàng)下了很多個第一，比如第一個進(jìn)入太陽系逃逸軌道的航天器。第一個飛越火星軌道的航天器，第一個飛過小行星帶的航天器，第一個飛過木星軌道的航天器，第一個越過海王星軌道的航天器。第一個使用核電源的航天器，這些記錄并不是一次創(chuàng)建的，而是隨著時間的推移，探測器飛得越來越遠(yuǎn)了。

先驅(qū)者10號拐彎示意圖，中心綠色小點(diǎn)是木星，其他的是木星的衛(wèi)星

先驅(qū)者10號的重量只有兩百多公斤，這個探測器其實(shí)很小所以根本沒有足夠的燃料用來剎車，也就沒辦法進(jìn)入環(huán)繞木星的軌道，那么如果要盡量多探測一下木星，盡量多繞半圈，因此借助引力繞的這個發(fā)夾彎就非常的彎了。而且為了繞這個幾乎120度的大彎，探測器就必須盡量接近木星，先驅(qū)者10號幾乎是擦著木星的云層拐了這個發(fā)夾彎。

先驅(qū)者10號上的偏振光望遠(yuǎn)鏡（照相機(jī)）

正因?yàn)榫嚯x近，所以拍的照片要比地球上用望眼鏡拍的照片要清晰多了。但是，我要說但是，這個相機(jī)實(shí)在是太差勁了。這個相機(jī)是多少像素的呢？對不起，只有一個像素。這東西就是一個小口徑望遠(yuǎn)鏡，口徑1英寸，還沒個眼鏡片大。里邊有一組偏振光分光鏡，然后還有紅藍(lán)濾光鏡，最后光信號被傳遞到一個傳感器上。這東西幾乎沒辦法成像，只能測量偏振光。

但是，你別忘了先驅(qū)者10號是自旋穩(wěn)定，整個探測器像個陀螺一樣在自轉(zhuǎn)。隨著自轉(zhuǎn)，這個小望遠(yuǎn)鏡本來就在對著周圍進(jìn)行一維掃描，只要用機(jī)械裝置再給它加上第二個維度就OK啦。所以，這個望遠(yuǎn)鏡被安裝在一個轉(zhuǎn)軸上，可以快速擺動，配合自轉(zhuǎn)，就可以完成2維平面掃描了。信號數(shù)據(jù)經(jīng)過處理，木星上一個300公里大的區(qū)域，對應(yīng)一個像素。沒辦法，這就是這臺相機(jī)的極限了。

相機(jī)掃描示意圖

所以啊，先驅(qū)者10號發(fā)送回的圖像有些只有200多像素，非常依賴后期的數(shù)據(jù)處理和拼接。這個分辨率放在今天根本就不夠看的。但是在當(dāng)時來說，這已經(jīng)是最清晰的木星表面的照片，科學(xué)家們就是從這種照片上第一次看到了大紅斑的結(jié)構(gòu)。

你可能奇怪，美國人為啥就不好好的裝一臺正常點(diǎn)的相機(jī)，非要用這種掃描儀呢？這個我只能猜測，因?yàn)橄闰?qū)者10號太小了，只有200多公斤，因?yàn)槭艿交鸺\(yùn)載能力的限制，最后必須多加一個固體助推器，才能保證探測器起步階段就能達(dá)到太陽系的逃逸速度。沒辦法，探測器本身就沒辦法造大了。

既然探測器本身斤斤計(jì)較，這個偏振光探測器能一物多用，既可以當(dāng)照相機(jī)，也可喲用來進(jìn)行光譜測量，當(dāng)然就比較有優(yōu)勢，這個設(shè)計(jì)也算是結(jié)構(gòu)巧妙了。但是，這種照片看著很不過癮。沒辦法，只能多忍幾年，下一顆探測器先驅(qū)者11號跟先驅(qū)者10號幾乎一模一樣，拍照質(zhì)量沒有什么改善，要想過眼癮，只能等到更后邊的旅行者計(jì)劃了。

先驅(qū)者10號拍攝的木星局部，很明顯是一行一行掃描出來的

先驅(qū)者10號拍攝了500多張照片，用無線電發(fā)送回地球，起碼要90分鐘才能收到地球的反饋。距離遠(yuǎn)了，延遲太大，通信速度極低。這次計(jì)劃執(zhí)行的還算不錯。只是對木星磁層引發(fā)的強(qiáng)輻射估計(jì)不足，通信受到了干擾。各種儀器全都爆表了，讀不出數(shù)據(jù)。探測器也收不到指令，所以沒有拍到木衛(wèi)一的照片。但是拍到了木衛(wèi)四、木衛(wèi)三和木衛(wèi)二。

先驅(qū)者10號在離開了木星以后，奔著太陽系的外側(cè)飛去。1976年，這個探測器會先路過土星軌道，但是這次不湊巧，土星不在。當(dāng)時土星在太陽另一側(cè)。不過呢，先驅(qū)者10號還是發(fā)現(xiàn)，木星的磁尾能夠一直延伸到土星軌道，長度幾乎達(dá)到8億公里，比地球的磁場強(qiáng)多了。

木星磁層和太陽風(fēng)相互作用

我們都知道，地球擁有一個比較強(qiáng)的磁場。保護(hù)我們不受太陽風(fēng)高能帶電粒子的侵襲。同樣木星也擁有一個非常強(qiáng)的磁場。從太陽方向來襲的高能帶電粒子會沖擊木星的磁場，正面會形成一個弓形波。木星身后會留下一個長長的尾巴，也就是所謂的磁尾。外形有點(diǎn)像個做實(shí)驗(yàn)的試管，反正在這個區(qū)域內(nèi)，高能電子是幾乎進(jìn)不來的。地球的磁尾長度撐死了只有幾百萬公里，木星的磁場太強(qiáng)，這個長尾巴一直綿延了8億公里，一直延伸到了土星的軌道。

此后呢，先驅(qū)者10號就一直在飛，核電池雖然功率越來越小，但是還能勉強(qiáng)支持工作。就這么飛了30多年。一直到2003年，先驅(qū)者10號在距離地球122億公里的地方發(fā)回了最后的信號，然后就沒消息了。這個信號足足花了11小時20分才傳回地球，大家想想這是多遠(yuǎn)的距離了。

對于這么大的數(shù)字，大家大概沒概念。光從太陽表面?zhèn)鞯降厍虼蠹s是8分鐘多一點(diǎn)。地球到太陽的距離被定為一個天文單位，縮寫字母是AU。地球和太陽的距離會變化，一開始，AU單位是個平均值，后來嘛干脆就變成了一個固定數(shù)字。但是基本上還是大差不差的。那么好了，8光分相當(dāng)于一個天文單位，如果光的傳播時間是11小時20分，那相當(dāng)于多少個天文單位？你自己去算吧。太陽系的引力范圍大概是1光年，這一年合多少小時，還是你自己去掂量吧。

總之，先驅(qū)者10號對航天界和天文學(xué)界來講都是一個重大的突破，但是很遺憾，它盡管走的很遠(yuǎn)，但是卻沒法遇到土星。當(dāng)時對于NASA來講，如何利用引力彈弓，也還只是初次嘗試。拜訪土星的任務(wù)就只能等到下一次的先驅(qū)者11號了。不過呢，先驅(qū)者11號比先驅(qū)者10號晚了足足一年多，因?yàn)橄闰?qū)者11號要實(shí)現(xiàn)一次拜訪兩顆大行星，軌道設(shè)計(jì)更加復(fù)雜。

金星8號的紀(jì)念郵票

在先驅(qū)者10號和11號之間，我們還得講講蘇聯(lián)人都在干什么。就在先驅(qū)者10號發(fā)射的同一個月，蘇聯(lián)人發(fā)射了金星8號和9號。當(dāng)然啦，8號倒是成功了，9號炸了。所以，這個探測器不能叫金星9號，只能叫宇宙482。

我們單說這個金星8號，這個探測器和前幾顆是同一個批次，目的也還是一樣，實(shí)現(xiàn)金星表面著陸。這一次金星8號對金星大氣之中的橫向風(fēng)速進(jìn)行了測量。在50~公里高空，風(fēng)速大概是50~60米/秒。這個速度相當(dāng)于地球上的16級臺風(fēng)的風(fēng)速。這風(fēng)刮起來還是很嚇人的。但是到了金星地表，風(fēng)速就很低很低了，大概只有1米/秒。在地球上，這個風(fēng)速剛好是“一級青煙隨風(fēng)偏”。在金星上那就已經(jīng)是排山倒海了。你別忘了金星地表的大氣密度是地球的49倍。

金星8號的著陸器

金星8號還對金星的云層進(jìn)行了分析，發(fā)現(xiàn)云層存在硫酸液滴，這種東西反射率極強(qiáng)，可以達(dá)到70%，難怪金星那么亮呢。金星的地面上就接收不到多少光了，所以，金星地面上的亮度跟地球上能見度1公里的大陰天特別像。反正是你想拍照，永遠(yuǎn)是光線不足的樣子。

順便提一下，美國人的阿波羅計(jì)劃也接近尾聲了，他們接連發(fā)射了阿波羅16和17兩艘飛船，從此就再也沒有人類再踏足月球，登月計(jì)劃圓滿結(jié)束。再不結(jié)束美國的科研撥款都快花光了，你還是給其他的項(xiàng)目留點(diǎn)經(jīng)費(fèi)吧。

蘇聯(lián)人發(fā)射了月球21號探測器，這一次他們又弄了一個月球車2號帶上去了，這個小月球車的著陸過程還比較順利，很快就開始在月球上到處溜達(dá)了。這個東西的造型基本沒變，還是長得像個圓形的浴缸，你說它是浴缸吧，小了點(diǎn)，你說它是抽水馬桶吧，它又太大，反正就是這么一個別扭的造型。最后這個月球車倒霉就倒霉在這個馬桶蓋上了。

大家還記得前面我們描述過的蘇聯(lián)月球車的結(jié)構(gòu)嗎？太陽能電池板是在頂上，哪個馬桶蓋白天都是打開的，這樣電池板就可以充分曬太陽了。月夜來臨的時候，馬桶蓋都是蓋上保溫的。這一次，月球車2號的導(dǎo)航裝置壞了。好在呢，蘇聯(lián)人從非官方渠道獲得了阿波羅17號的勘測資料，阿波羅17號的宇航員剛巧對這個地區(qū)做過探測。蘇聯(lián)人也是神通廣大，人家阿波羅17號剛回來沒多久，這資料就外泄了。

月球車2號的紀(jì)念郵票

既然導(dǎo)航裝置壞了，就只能靠攝像頭走一步看一步了。導(dǎo)航的攝像頭只能看見前邊，看不見后邊，也看不見上邊的那個打開的馬桶蓋。這月球車溜達(dá)的還挺快，4個月溜達(dá)了40多公里了，一邊溜達(dá)，一邊拍照。結(jié)果，這個月球車2號一不小心，掉進(jìn)了一個隕石坑里。也不知道是因?yàn)檐嚿硪煌?，那個馬桶蓋剛好鏟了隕石坑側(cè)壁上一大堆松軟的月壤，還是說輪子打滑空轉(zhuǎn)，揚(yáng)起的塵土濺到了馬桶蓋和電池板上。結(jié)果呢，這就造成了電力不足，畢竟太陽能板上鋪了一層沙子。結(jié)果這個探測就再也沒辦法從坑里爬出來。

盡管爬不出去了，月球車起碼還有反應(yīng)，后來夜晚來臨，按照慣例要把馬桶蓋給蓋上保溫，結(jié)果等夜晚過去了，馬桶蓋打開，蓋子上積攢的那點(diǎn)土全都倒在電池板上，這還發(fā)個屁的電?。恳环矫骐娏?yán)重不足，另一方面這些土還把散熱器給糊得嚴(yán)嚴(yán)實(shí)實(shí)。月球車內(nèi)部的溫度也降不下來了。到此為止，這個月球車2號是徹底沒救了。只能就此結(jié)束任務(wù)。這家伙在月球上溜達(dá)了4個多月，也算是完成任務(wù)了。

從此，月球上就徹底安靜下來了，一直到40年以后，才有一個掛著五星紅旗的小兔子重新開始在月球上溜達(dá)，不過這都是后話了。

總之，蘇聯(lián)人對金星和月球有執(zhí)念，在哪里跌倒，就要在哪里爬起來，繼續(xù)跌倒，那就繼續(xù)爬。對于外太陽系的探測，蘇聯(lián)人始終趕不上美國人的腳步。我也不知道金星那種地獄有啥好探測的。你花同樣的錢，把注意力放在探測火星上，成果肯定不止這一點(diǎn)。蘇聯(lián)人也是倒霉，金星這么惡劣的環(huán)境，探測器都能撐50分鐘。火星環(huán)境算是不錯，蘇聯(lián)人的探測器基本上是剛下去沒多會兒就Game Over了，火星對蘇聯(lián)人純屬八字不合。

先驅(qū)者11號探測器

到了1973年的4月份，先驅(qū)者11號發(fā)射了。這顆探測器基本上和先驅(qū)者10號是一樣的。但是軌道有所不同。首先是上一次先驅(qū)者10號在靠近木星的時候遇到了強(qiáng)烈的輻射，弄得所有儀器設(shè)備都過載了。甚至和地球逝去了聯(lián)系。弄得艾姆斯研究中心和承包商TRW公司的工程師們心驚肉跳的，當(dāng)然先驅(qū)者10號比較幸運(yùn)，最后這些儀器都恢復(fù)讀數(shù)了，和地球的聯(lián)系也恢復(fù)的。但是依然損壞了一個光電倍增管，這東西太敏感，容易燒。

木星的可變輻射帶

現(xiàn)在看來，木星的輻射帶在赤道附近非常強(qiáng)烈。當(dāng)然，木星本身是一顆流體組成的球，沒有固定表面，你也不知道厚厚的云層下面那些氣體液體是怎么流動的，你也不知道太陽風(fēng)暴從哪邊來。這些因素都得對周圍的輻射帶有影響。先驅(qū)者10號恰好是因?yàn)檩椛鋷У牟▌樱哦氵^了一劫。那么先驅(qū)者11號是不是還要重蹈覆轍？有沒有辦法不去輻射強(qiáng)烈的赤道附近，咱去兩極不行嗎？木星的兩極，從地球上幾乎是看不見的，角度不對?？茖W(xué)家們總是對未知領(lǐng)域充滿好奇心。這回咱們能不能見識見識？

如果去木星的兩極，探測器必定是斜著飛過去，再繞過木星，借助引力彈弓扔出來的時候，先驅(qū)者11號也就不可能保持在太陽系的黃道面上了。必然是會被木星扔出黃道面。你別忘了，下一站可是要去土星。你這種斜著飛出黃道面的軌道，還得借助太陽的引力，才能重新落回黃道面。這根弧線就像是打乒乓球一樣，從木星這邊彈出去，只有到對面才會重新落到桌子上。也就是說，土星那時候必須恰好運(yùn)行到桌子對面的這個點(diǎn)上才行，探測器才能和土星相遇。這個軌道可太特殊了。

美國人能完成這個復(fù)雜的太陽系彈跳之旅嗎？1973年3月份發(fā)射，大概到1974年年底能飛到木星，從木星的引力范圍被扔出來，穿過太陽系，跳到另一側(cè)和土星相遇，還要再走5年時間，這段路程是前所未有的漫長。

另外，先驅(qū)者11號到了土星以后還面臨一個選擇，到底要不要穿過土星環(huán)，能不能穿到這個“戒指”的內(nèi)側(cè)，貼著肉給土星拍照片，行嗎？

除了面對這些技術(shù)難題，科學(xué)家們也第一次感覺到，探索太陽系的旅程是個非常漫長的過程，探測計(jì)劃計(jì)劃原定是幾年就結(jié)束，但是執(zhí)行過程之中，有可能幾十年都不會over。你還要準(zhǔn)備足夠的經(jīng)費(fèi)預(yù)算來打持久戰(zhàn)。

先驅(qū)者11號發(fā)射以后小毛病不斷，弄得地面控制人員挺鬧心的。一開始放射性電源啟動有問題，后來發(fā)現(xiàn)姿態(tài)控制推進(jìn)器出毛病了，這倆問題解決了，發(fā)現(xiàn)小行星塵埃探測器部分失效，失效就失效吧，還能怎么樣呢？難道還叫回來保修?。吭蹅冎饕蝿?wù)還是可以執(zhí)行的。

1974年的7月中旬，先驅(qū)者11號穿過了小行星帶。隨后，探測器完成了一次變軌。接下來要沖擊木星的磁頂層了，也就是弓形波，這里高能帶電粒子相對比較多。反正是穿越這種輻射比較厲害的地段，地面測控人員就提心吊膽的。

先驅(qū)者11號拍攝的木星，經(jīng)過艾姆斯研究中心處理以后得到的照片

這一次，先驅(qū)者11號盡量避開了赤道附近比較密集的輻射區(qū)，拜訪了木星的南極，這一次繞著木星轉(zhuǎn)發(fā)夾彎的方向和上次相反，看到的景象也不太一樣。盡管如此，還是遭遇了比較強(qiáng)的輻射，但是怎么也比上次好一點(diǎn)。只是丟失了幾張照片而已?？茖W(xué)家們看著從億萬公里之外發(fā)回的圖片，人類第一次看到了木星南極的圖像。這一次先驅(qū)者11號比上次10號還要低，還要近。從云頂上方4.3萬公里的地方飛掠而過。先驅(qū)者11號連續(xù)拍攝了幾百張木星南極的照片，還為周圍的四顆伽利略衛(wèi)星拍了200多張照片。

在木星強(qiáng)大的引力吸引之下，探測器繞過南極，從下往上斜著繞過木星被扔了出去。所謂的引力彈弓效應(yīng)，其實(shí)引力只是中介，怎么借來的就怎么還回去。其實(shí)真正提取的是木星的公轉(zhuǎn)動動能。只是借用的這點(diǎn)動能對木星來講連拔根毛都不算，完全可以忽略不計(jì)。

先驅(qū)者10號和11號的軌道差異

先驅(qū)者11號一拐彎，就逐漸脫離了木星的引力范圍。地面測控人員又是一陣提心吊膽。因?yàn)檫M(jìn)入木星引力范圍遇到的那些輻射層，出去的時候也要碰到，只是順序相反而已，但愿探測器別出毛病。

接下來還有5年時間，下一步可以慢慢討論，到底要不要離土星環(huán)遠(yuǎn)點(diǎn)。這是目前最重要的問題。這取決于對土星環(huán)的了解，因?yàn)榫嚯x太遙遠(yuǎn)，土星環(huán)可未必就是望遠(yuǎn)鏡離看到的那幾層。萬一你決定好一個穿進(jìn)土星環(huán)內(nèi)側(cè)的軌道，但是萬一，土星環(huán)最內(nèi)側(cè)，還存在一層薄薄的，地球上看不到的內(nèi)環(huán)，探測器穿著道內(nèi)環(huán)，會不會撞上什么東西？土星環(huán)到底是什么東西組成的，密度如何？

理查德·戈德斯坦（1987年）

你別說，地球上還真有人在研究這個問題，這二位就是JPL的理查德·戈德斯坦和喬治·莫里斯。這二位研究的領(lǐng)域叫做雷達(dá)天文學(xué)。尤其是理查德·戈德斯坦，他被稱為雷達(dá)干涉測量之父。1961年，他在加州理工讀書的時候，就利用戈德斯通的測控站對著金星發(fā)射過雷達(dá)波，而且還真的接收到了從遙遠(yuǎn)的金星反射回來的信號，利用雷達(dá)波可以測量金星的自轉(zhuǎn)周期。當(dāng)然啦，火星他們也沒放過。1963年，他們獲得了火星的雷達(dá)回波。他們后來還用雷達(dá)波探測過木衛(wèi)三。以及最近探測的土星環(huán)。這二位恰好在1972~1973年間對土星環(huán)進(jìn)行了雷達(dá)探測研究。

NASA的高層看到他倆獲取的土星環(huán)的各種數(shù)據(jù)資料以后，做出了最終決定，咱還是安全第一，離開土星環(huán)遠(yuǎn)點(diǎn)。NASA的領(lǐng)導(dǎo)為啥做出這個決定呢？我們下次再說。