關於旅行者號飛船上金唱片的命運
人類送上太空的金唱片會損壞嗎？
在下面這篇文章中，我們將帶著大家乘坐宇宙時光機做一次旅行。
儘管未來難以預料，但有的時候物理學可以幫助我們。就像人類的最終命運雖然是無法預知的，但令人驚訝的是兩件人造品的命運卻可以被科學家詳細計算出來。
它們就是美國航空航天局發射的兩艘旅行者號飛船上攜帶的刻有信息的「金唱片」，目前這兩艘飛船已經進入到浩瀚的星際空間了。雖然它們幾年之內就將陸續進入「靜默」狀態，但是唱片將始終存在。荷蘭卡普坦天文研究所的博士研究生尼克•奧伯格和他的同事們對此產生了興趣，他們想要計算一下在遙遠的未來這兩艘飛船會與哪些恆星相遇。
旅行者一號宇宙飛船進入星際空間的藝術想像圖，略顯棕色的區域是太空中的電離氣體，圖片來自美國航空航天局噴氣推進實驗室-加州理工學院
出人意料的是，計算模型可以讓他們預測到比預期更加遙遠的未來。因此，奧伯格在美國天文學會的第237次會議上（由於新冠大流行，本次會議是在22年1月12日以虛擬會議的形式召開），用一張超長的時間表展現了兩艘飛船和金唱片的未來命運。
首先，讓我們回顧一下歷史：
美國航空航天局在1977年發射了旅行者1號和2號飛船以便穿越太陽系，每艘飛船上都有一個12英寸（30厘米）大小的銅鍍金唱片，這是按照知名天文學家卡爾·薩根的創意而製做出來的，上面刻著圖片和音樂信息，在漫長的旅途中如果有幸遇到高等智慧生命，可以向「它們」介紹地球和人類。這兩艘飛船都到訪了木星和土星，之後它們分道揚鑣：旅行者1號去訪問了土星的衛星-泰坦，而旅行者2號轉向天王星和海王星。
上圖是旅行者1號上安裝金唱片的照片
2012年，旅行者1號穿越了太陽風的邊界，進入星際空間；2018年，旅行者2號也步其後塵。現在這兩艘飛船都在太陽系之外繼續航行著，不斷發回信號，讓人們了解它們在太陽系外冒險之旅的進展。但由於它們的能源在逐漸消耗，這種信號在幾年之內將會徹底消失。
但它們的旅程並不會結束。
奧伯格和他的同事們通過分析飛船的軌跡和它們飛過的空間環境等因素，從而獲得金唱片的存在可能性。最終得到的分析結果不止跨越了人類的生存期限，還跨越了銀河系和仙女座星系的碰撞事件，甚至在大多數恆星滅絕後它們仍然可能會倖存。
下面我們按照時間來了解一下奧伯格和他的同事們的研究結果：
銀河系內的觀光之旅
其實對這兩艘飛行器的預測一開始並沒有打算做太遠，最初的靈感來自於歐洲航天局蓋亞衛星第二批觀測數據的發布（這顆衛星能夠測量超過十億顆恆星的精確位置）。
奧伯格在報告中表示：「我們最初的目標是通過蓋亞的觀測數據，來高精度的計算出旅行者號飛船會遇到哪一顆恆星」。因此他和同事們開始按照時間來計算旅行者號的未來軌跡。
提醒大家，不要激動於未來的任何里程碑，因為20000年後旅行者號才會穿過奧爾特雲 – 一個由彗星和冰冷的碎石構成的地帶，在100000個天文單位（地球和太陽的平均距離）的距離上繞著太陽旋轉，那時旅行者號才會真正告別太陽系。
在那時旅行者號會第一次感受到：來自其它恆星的引力開始大於太陽的引力。
再過10000年，旅行者號才會真正接近一顆陌生的恆星，那是一顆叫做「羅斯 248」的紅矮星，那時距離現在已經過去了3萬年。但其實這樣描述是有一點勉強的，更準確的說法是「羅斯 248」飛過了幾乎靜止不動的旅行者號。
從現在往後的5億年里，太陽系和旅行者號都會繞著銀河旋轉一圈，我們無法預測在地球表面會發生什麼，但這正是地球古大陸和超級大陸形成和毀滅的時間尺度。
在這個星系級別的旋轉過程中，旅行者號會「上下」顛簸著運動，尤其以旅行者1號飛船為甚，它會漂浮在銀河系星盤的上方，因此它將遇到一個更加「稀疏」的銀河系。
旅行者號飛船上攜帶金唱片的照片
圖片來自美國航空航天局噴氣推進實驗室-加州理工學院
金唱片損毀的機率
這兩艘飛船在垂直方向上的運動差異也導致了每一張金唱片不同的倖存機會。
金唱片在設計時是準備要在太空中長久的保存下來的，有可能達到數十億年時間。在它金色的光澤下有一個保護性的鋁層，下面才是刻著信息的銅盤。但為了真正搞清楚它們能保存多長時間，就必須要考慮它們所經歷的環境，這意味著我們必須了解它們所處的位置。
特別是，奧伯格和他的同事們需要知道旅行者號在銀河系廣闊的星際塵埃中會被「包裹」多長時間，他把這個環境稱為「一種為數不多的、能夠真正損壞飛船的環境」。
這是一種很嚴酷的環境，塵埃將以每秒若干公里的速度撞擊飛船。「塵埃顆粒就像一場雨一樣，一點一點剝離著飛船的外表」，奧伯格說，「即使是一顆千分之一毫米的顆粒也會在飛船表面造成一個氣化的小坑」。
旅行者一號垂直方向的震盪意味著它處於銀河系平面上方或者下方的時間更長，而銀河系平面的塵埃雲是最稠密的。奧伯格和同事們對兩艘飛船的路徑以及它們與塵埃雲的相遇進行了上千次的模擬，來計算金唱片的損壞情況。
金唱片表面的圖片，它的表面鍍金，用來在太空環境中保護其播放內容。
圖片來自美國航空航天局噴氣推進實驗室-加州理工學院
這個過程中，也要考慮塵埃雲的引力對旅行者號軌跡的影響。奧伯格表示：這些塵埃雲在某個區域大量聚集，這會導致旅行者號飛船軌道的彎曲，甚至被拖入新的軌道中，有時會遠離銀河系的中心，有時又會靠近。
但總體來說，這兩個飛行器中的金唱片保持可讀的機率都是不錯的，因為它們都被藏在了飛行器的內部。奧伯格的分析結果是：旅行者一號上金唱片的外表面有可能會遭到侵蝕，但旅行者二號上的金唱片的信息丟失可能性會更高。主要原因在於旅行者二號的軌道更加不規律，因而更難預測其飛行軌跡所處的環境。
但是根據奧伯格和同事們的計算，儘管面臨各種襲擊和迂迴軌跡的影響，這兩張唱片都很有可能在50億年的時間中保存完好。
銀河系的生命末期
在50億年之後，模型會變複雜，因為銀河系要和它巨大的「鄰居」-仙女座星雲碰撞了。這時會變得比較混亂，銀河系規律的螺旋形會被深深的纏繞住，並有可能完全消失，旅行者號可能會在合併過程中被抓住，細節則難以預測。
仙女座星雲
但是在相對友好的50億年中，兩艘旅行者號飛船很可能會訪問我們太陽旁邊的一顆恆星，最遠距離這顆矮星大約150個地球和太陽距離，或者3倍的太陽-冥王星距離。
具體是哪顆星就比較複雜了，甚至它可能是一顆我們當前還不知道的恆星。
按照奧伯格的觀點，雖然在星系級別的大碰撞之前，兩艘飛船都不太可能特別接近任何一顆恆星，但是它們確實有可能飛過恆星系統的邊緣地帶。奇特的地方在於這顆恆星當前可能並不存在，也就是說它還未誕生。
以上就是數十億年中旅行者號面臨的風險。
銀河系和仙女座星系碰撞過程的想像圖（圖片來自美國航空航天局、太空望遠鏡科學研究所、戈達德飛行中心）
之後，旅行者號的命運取決於星系合併的情況。
星系大碰撞可能會導致飛行器有20%的機率被拋出新形成的星系，雖然它有可能被束縛在星系附近。如果出現這種情況，對金唱片的最大威脅則變為高能宇宙射線以及熾熱氣體中的奇分子（具有奇數價電子的分子），而在銀河系內這兩個因素的影響則要小得多。
在銀河系內，旅行者號的命運取決於合併之後留下的塵埃量，奧伯格認為這種塵埃很可能很少，因為恆星的形成和爆發是緩慢的，這導致拋向星系中的塵埃數量並不多。
按照奧伯格的觀點，旅行者號在塵埃中的運氣也許能讓它們在宇宙中近乎無限長時間的遊蕩下去。其期限遠遠超出了恆星用盡燃料並在宇宙中不再誕生的時間尺度，旅行者號也許會在一個完全未知的星系中流浪，那裡已經不再有恆星演化的主序星過程，變成一個由黑洞、白矮星和中子星等恆星殘骸構成的世界。
那是一個黑暗的世界，唯一的光亮來源於億萬年一次的恆星殘骸碰撞所產生的超新星，而我們所創造的金唱片將會成為這些黑暗中超新星閃光的目擊者。
BY:Meghan Bartels
FY: TelescopeX
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