旅行者1号 Voyager 1
国籍	美国
研发机构	美国宇航局、喷气推进实验室
任务类型	深空探测（木星、土星、外太阳系）
运载火箭	泰坦3E-半人马
发射日期	1977年9月5日
发射基地	卡纳维拉尔角太空军基地
质量	721.9公斤
国际卫星标识符	1977-084A

旅行者1号（Voyager 1）是美国国家航空航天局于1977年9月5日发射的太空探测器。^[1]旅行者1号在其姊妹探测器旅行者2号发射后16天发射，是研究外太阳系计划的一部分，已经运行了45年。目前航天器仍与深空网络进行通信、接收命令并返回数据。截至2023年12月08日10时，它与太阳的距离为161.96156842 AU（15,055,263,682 mi），是离地球最远的航天器。探测器的主要任务目标包括飞越木星、土星及其卫星土卫六。在1980年11月20日完成其土星飞越任务后，旅行者1号开始了一项拓展任务：探索日球层顶的区域和边界。2012年8月25日，旅行者1号穿越了日球层顶，成为第一个进入星际空间并研究星际介质的航天器。旅行者1号的拓展任务预计将持续到2025年左右，届时其放射性同位素热电发生器将不再提供足够的电力来运行其携带的任何科学仪器。旅行者1号和它的姊妹探测器旅行者2号是人类历史上飞行时间最长的航天器。^[2]

20世纪60年代，一项研究外行星的宏伟计划被提出，这促使美国宇航局在70年代初开始了一项全新任务。^[3]先驱者10号探测器收集的信息帮助工程师们设计旅行者号探测器，使其能更有效地应对木星周围强烈的辐射环境。最初，旅行者1号被规划为“水手”计划中的“水手11号”。由于预算削减，此次任务缩减为仅飞越木星和土星，并重新命名为“水手号”木星-土星探测器。随着项目的进展，探测器的设计开始与之前的水手号任务有很大的不同，所以后来更名为旅行者1号。^[1]

空间模拟器中的旅行者1号

RTG

旅行者1号携带的科学载荷有^[2]：

• 科学成像系统(Imaging Science System)
  

卫星上携带的成像系统使用双相机(窄角/广角)提供木星、土星和轨道上其他物体的图像。
窄角相机滤镜参数^[5]：

波长	光谱	感光度
280–640 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置
280–370 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置
350–450 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置
430–530 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置
530–640 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置
590–640 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置

广角相机滤镜参数^[6]：

波长	光谱	感光度
280–640 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置
350–450 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置
430–530 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置
536–546 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置
530–640 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置
588–590 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置
590–640 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置
614–624 nm	创建缩略图出错：无法将缩略图保存到目标位置

• 红外干涉光谱仪(Infrared Interferometer Spectrometer)^[7]
  

红外干涉光谱仪光路图

旅行者1号的红外研究使用了两个干涉仪，以及一个辐射计，。每个干涉仪有两种光谱分辨率。在热通道(远红外干涉仪)中，噪声水平相当于来自50 K目标的信号；在反射太阳光通道(近红外干涉仪)中，噪声水平相当于天王星距离反照率为0.2的物体发出的信号。对于有大量大气的行星和卫星，这些数据将用于研究云和气体成分(包括同位素比率)、霾尺度高度、大气垂直热结构、局部和行星环流和动力学以及行星能量平衡。对于大气稀薄的卫星，将收集关于表面和大气成分、表面温度和热特性、局部和全球相位函数以及表面结构的数据。对于土星环，将研究其组成和径向结构、颗粒大小和热特性。

• 行星射电天文学实验(Planetary Radio Astronomy Experiment)^[8][9]
  
  

  行星射电天文学实验

这个实验由一个扫频无线电接收机组成，在20 kHz到40.5 MHz两种极化状态下工作。信号由一对正交的10米单极天线接收。通过对这一频率范围内来自木星和土星的无线电信号的研究，得到了有关磁层等离子共振和这些行星区域的非热无线电发射的物理数据。

• 光偏振计(Photopolarimeter)^[10][11]
  

  光偏振计
  
  

这个实验由一个20厘米f/1.1望远镜组成，它可以通过一个偏光器和一个过滤器将观测结果发送到2200至7300-A光谱区域的8个波段中的一个，然后再发送到一个光电倍增管上。通过研究这些发射强度数据，可以获得关于两颗行星(木星和土星)表面结构和组成的资料、关于土星环的大小分布和组成的资料以及关于两颗行星的大气散射特性和密度的资料。

• 三轴磁通门传感器(Triaxial Fluxgate Magnetometer)^[12]
  

这个实验的目的是研究木星和土星的磁场，和太阳风与这些行星的磁场的相互作用，以及太阳系外的磁场与星际磁场的边界。实验利用两个高场和两个低场三轴磁通门磁强计进行了研究。行星际场的数据精度为正负0.1 nT，测量范围为0.01 nT至2e-3 T。

• 等离子体光谱仪(Plasma Spectrometer)^[13]
  

等离子体光谱仪使用了两个“法拉第杯（Faraday-cup）”探测器，一个指向地球-宇宙飞船连线，另一个与这条线成直角。地球指向探测器测定等离子体离子的宏观特性，获得它们的速度、密度和压力的精确值。采用三次连续的能量扫描，可以覆盖从亚音速到高超音速的流体。侧面的“法拉第杯”可以测量的电子的能量范围为5eV到1keV。

• 低能带电粒子实验(Low-Energy Charged Particles Experiment)^[14]
  

这个实验旨在研究行星和行星际环境中的高能粒子。在行星模式下,通过从遮阳板后面的浅角度观察，在粒子通量高到足以使低能探测器饱和的区域进行测量。当前模式选项也可用于高通量环境。在行星际模式下，实验装备有粒子望远镜，其中有厚度在2-2450微米的固态探测器。该望远镜由两个反向放置的“multi-dE/d x x E”系统组成，可以识别0.05到30MeV范围内的质子、阿尔法粒子和较重的原子核(Z从3到26)。装置采用步进电机以45度角的增量将探测器阵列旋转到8个分立的区域，从而允许360度扫描。

低能带电粒子实验装置图

• 等离子体波实验(Plasma Waves Experiment)^[15]
  

这项研究提供了连续、独立的木星和土星电子密度分布的测量结果。它还提供了有关进行木星和土星磁层物理比较研究所需的局部波粒相互作用的基本信息。该仪器包括一个16通道步进频率接收器和一个低频波形接收器以及相关的电子设备。该仪器的频率范围是10 Hz至56 kHz,所以其与行星射电天文学共用10米天线。

• 宇宙射线望远镜(Cosmic Ray Telescope)^[16][17]
  

  宇宙射线望远镜装置图
  
  

这项实验研究了星际宇宙射线的起源和加速过程仪器包括一个高能望远镜系统（HETS）和一个低能望远镜系统（LETS）。对于原子序数为1到30的原子核，HETS测量的能量范围在6到500 MeV/核子之间。 LETS测量的能量范围在0.15和30 MeV/核子之间。仪器还测量电子和原子核的各向异性。此外，通过电子望远镜还可以测量在3到100 MeV/核子能量范围内的电子。

• 紫外光谱仪(Ultraviolet Spectrometer)^[18]
  

紫外光谱仪可以测量大气性质，并测量从0.04至0.16微米（400至1600 A）的波长范围内的辐射。具备两种操作模式：气辉和掩星。在气辉模式下可以测量了大气辐射。这种辐射主要是共振散射的太阳辐射，散射是由分子或原子大气成分引起的，如氢(1216 A)或氦(584 A)。在掩星模式下，太阳光反射到光谱仪中并被记录下来。当大气层边缘夹在航天器和太阳之间时，在波长测量的范围内可以获得大气层的吸收特性。吸收光谱用于识别大气成分和热结构。

• 无线电科学系统(Radio Science System)

旅行者1号上携带了一枚镀金铜质唱片

金唱片

唱片尺寸为12英寸，内藏金刚石留声机针。这枚唱片可以保存其内部的信息10亿年以上。其内容包含55种人类语言录制的问候语和音乐、115幅影像，包括太阳系行星的图片、人类的性器官图像等。所有的信息都代表着人类表达对“外星人”的问候。点击查看

此外唱片上还封装了一块高纯度铀238。如果“外星人”捕获了唱片，可以通过半衰期推算唱片的制作时间。

1977年9月5日，旅行者1号探测器在卡纳维拉尔角空军基地41号发射台由泰坦3E运载火箭发射升空。旅行者2号探测器于两周前，即1977年8月20日发射升空。尽管旅行者1号发射的时间较晚，但它较2号更早的到达木星和土星。

旅行者1号拍摄的大红斑

旅行者1号拍摄的木卫三

1978年4月旅行者1号开始了木星成像任务，任务开始时探测器距离地球2.65亿公里。飞行器在1979年1月传回了木星图像，表明其大气比1973-1974年先驱者号飞越时更加动荡。此外旅行者1号还拍摄了木星自转的延时摄影：其自带的相机每96秒拍摄一张照片，一共持续了100小时，最终将照片传回地面合成延时摄影视频，视频中描述了10次木星自转，为科学家们提供了大量有关木星的科研数据。
1979年2月10日，飞船进入了木星的卫星系统，并在3月初发现了一个环绕木星的细环。
1979年3月5日，旅行者1号运行到了距离木星最近点（轨道高度280,000公里），随后它飞掠了木卫五(Amalthea)、木卫一(Io)、木卫二(Europa)，木卫三(Ganymede)和木卫四(Callisto)，探测器传回的壮观照片为行星科学家们开辟了全新的世界。最令人惊奇的是探测器传回的木卫一照片，那是出一个充满黄色、橙色和棕色世界，探测器至少拍到8个极其活跃的火山正在将某些物质喷入太空，表明其可能是太阳系中地质最活跃的星体之一。
1979年4月9日，旅行者一号进行了轨道修正，飞向土星。

旅行者1号拍摄的土星环

旅行者1号拍摄的土卫六的雾霾层

1979年11月，旅行者1号到达了土星系统，其新发现了五颗卫星和一个新的土星环（G环）。探测器拍摄了土卫一(Mimas)、土卫二(Enceladus)、土卫三(Tethys)、土卫四(Dione)、土卫五(Rhea)、土卫六(Titan)的照片。最引人注目的是土卫六，它是太阳系中唯一拥有稠密大气的卫星。
1979年11月12日,旅行者1号接近土卫六，其拍摄的图像显示土卫六拥有稠密的大气层。旅行者1号发现土卫六的大气层由90%的氮组成，地表压力和温度分别为1.6个大气压和零下180℃。除此之外探测器还发现其表面和大气层中含有大量的氮、甲烷和更复杂的碳氢化合物。科学家们猜测土卫六上可能存在生命。

1990年2月14日，旅行者1号拍摄了第一张从外太空看到的太阳系“全家福”，其中包括被称为“淡蓝点”的地球。不久之后，它的摄像头就被关闭了，以便为其他设备节省电力和计算机资源。相机软件已经从飞船上移除，所以现在要让它们重新工作起来非常复杂。用于读取图像的地球端软件和计算机也不再可用。
1998年2月17日，旅行者1号到达距太阳69个天文单位的距离，超过了先驱者10号成为离地球最远的宇宙飞船。速度约为每秒17公里，是所有航天器中最快的。随着旅行者1号向星际空间进发，它所携带的仪器继续研究太阳系。喷气推进实验室（JPL）的科学家们利用旅行者1号和2号上的等离子波实验来寻找太阳风进入星际介质的边界——太阳风顶。

正在飞离太阳系的探测器

2013年9月12日，美国宇航局（NASA）正式确认旅行者1号已经在2012年8月进入了星际介质，但这是之前观测到的，大家普遍接受的日期是2012年8月25日，这是第一次探测到高能粒子密度持续变化的日期。进入星际介质后由于旅行者1号的等离子光谱仪在1980年停止工作，所以需要进行间接测量等离子体波。2013年9月，美国宇航局发布了这些由等离子体波转化成的音频，这些录音是人类在星际空间捕捉到的第一个声音。人们通常说“旅行者1号”是同时离开太阳系和太阳风层的，但这二者并不相同。太阳系通常被定义为由围绕太阳运行的天体构成的空间区域。但截至目前，该飞船还没有进入奥尔特星云，后者被天文学家视为太阳系最外层，长周期彗星的发源地。

旅行者1号将在大约300年后到达奥尔特星云，并需要大约3万年才能穿过它。虽然它的目标不是某一颗恒星，但在大约4万年后，它将在距离Gliese 445恒星1.6光年的范围内经过。美国宇航局（NASA）说:“旅行者号的目的是（也许是）永远在银河系漫游。”如果“旅行者1号”不与任何东西相撞，也不被回收，那么“新视野号”太空探测器就永远不会通过“旅行者1号”，尽管它从地球发射时的速度比“旅行者1号”快。新视野号的速度大约是每秒15公里，比旅行者1号慢了2公里，而且速度仍然在变慢。当新视野号到达与太阳同样距离的时候，它的速度将减为13千米/秒。

旅行者1号创造了许多“第一”的记录^[2]：

• 旅行者1号是第一个穿越太阳风层的航天器，太阳风层是太阳系以外的影响力强于太阳的边界。
• 旅行者1号是第一个进入星际空间的人造物体。
• 旅行者1号在木星周围发现了一个细环，并发现了两个新的木星卫星：狄贝(Thebe)和梅蒂斯(Metis)，分别被编号为木卫十四和木卫十六。
• 旅行者1号在土星周围发现了五个新卫星和一个新环，其中新环编号为G(G-ring)。