本文來自微信眾號：返樸 （ID：fanpu2019），作者：王善欽驅(qū)者 11 號是第一個近距探測土星的探器，也是第一成功觀測木星北極的探測器它上承先驅(qū)者 10 號，下啟旅行者 2 號。它的成功使類探索“外行”（木星、土、天王星與海星）的腳步又大地向前邁了步，也為此后行任務(wù)的一些行星探測器積了寶貴的經(jīng)驗特別是，它為行者 2 號檢查了預(yù)定路線安全性，為后成功探測天王與海王星鋪平道路，從而為類實現(xiàn)“行星游”的壯舉起不可替代的重作用。先驅(qū)者 10 號（Pioneer 10）的成功不僅實現(xiàn)了人葌山近離探測木星的想，大大增強人類對外行星測的信心，也它的姐妹探測 —— 先驅(qū)者 11 號（Pioneer 11）—— 從備件模式切換獨立探測器模。NASA 的艾姆斯（Ames）研究中心（ARC）的先驅(qū)者號團隊正式動先驅(qū)者 11 號探測土星的計劃。這個應(yīng)龍的具體步驟是先驅(qū)者 11 號先探訪木星然后借助木星引力彈弓效應(yīng)現(xiàn)加速、變軌再直奔土星，現(xiàn)土星探測的冰之旅。大同異：先驅(qū)者 11 號的結(jié)構(gòu)先驅(qū)者 11 號與先驅(qū)者 10 號的結(jié)構(gòu)完全一樣，都有提電能的核電池維持通信與用傳輸數(shù)據(jù)的天系統(tǒng)、用于探的重要儀器與于定位導航的統(tǒng)。先驅(qū)者 11 號攜帶的儀器與先驅(qū)者 10 號基本相同（如下圖）[1] 但是，先驅(qū)者 11 號比先驅(qū)者 10 號多一個儀器磁通門磁強計Fluxgate Magnetometer）。增加的這儀器使它比先者 10 號重 0.5 千克，因此它的總量為 258.5 千克。先驅(qū)者 11 號（也是先驅(qū)者 10 號）的結(jié)構(gòu)圖。主天線（增益天線）中未被標注的是增益天線。圖來源：NASA，Vectors by Mysid；圖片文字翻譯：王善此外，由于發(fā)時間晚了一年，先驅(qū)者 11 號上面的儀器 —— 特別是探測磁場與輻的相關(guān)儀器 —— 得到一定程度的改進。先者 11 號的推進系統(tǒng)、通系統(tǒng)、核電池統(tǒng)也與先驅(qū)者 10 號的完全相同。1973 年 4 月 6 日 02:11:00（國際標準時，下），先驅(qū)者 11 號搭載擎天神-半人馬（Atlas-Centaur）火箭升空。將它上天的火箭搭固體發(fā)動機，讓探測器獲得高的速度。此，大約 13 個月前升空的驅(qū)者 10 號已經(jīng)離開小行帶，正在前往星的路上，但未開始探測木。先驅(qū)者 11 號搭載火箭升空。圖片來源NASA Marshall Space Flight Center (NASA-MSFC)1974 年 3 月中旬，先驅(qū)者 11 號安全穿過了小行星帶。1973 年 4 月 11 日，先驅(qū)者 11 號進行了一次軌道修正。一關(guān)鍵的變軌1974 年 1 月 1 日，先驅(qū)者 10 號成功結(jié)束了木探測任務(wù)。先者 11 號不再作為先驅(qū)者 10 號的備件，轉(zhuǎn)而執(zhí)行探土星的方案。它依然要先飛木星，從而借木星引力彈弓應(yīng)變軌并加速在確認先驅(qū)者 10 號大獲成功之后，旅行號團隊希望先者 11 號能以更近的距離近木星，為將旅行者號飛掠星探路。更近路線意味著更的風險，因此驅(qū)者號團隊中部分成員反對個建議。但在衡利弊后，先者號團隊最終是同意了這個議，畢竟更近離不僅意味著險，也意味著大的收益：可獲得木星的高圖像。1974 年 4 月 26 日，先驅(qū)者號團隊發(fā)出令，修正先驅(qū) 11 號的軌道，從而實現(xiàn)個目標。首先先驅(qū)者 11 號將比先驅(qū)者 10 號更接近木星，可以進更高清晰度的測。其次，先者 11 號的軌道面與木星道面將有 52 度的夾角。這帶來了兩個好：（1）它在進入木星系統(tǒng)時以觀測木星的北極區(qū)域。（2）它可以盡量少先驅(qū)者 11 號受到的木星輻射劑量 —— 此前先驅(qū)者 10 號的探測表明木星的磁是圍繞木星赤面的環(huán)向磁場沿著這樣的軌飛行，可以盡縮短木星磁場輻射影響儀器持續(xù)時間。第，修正后的軌將以逆行的方飛掠木星，即前進路線的方與木星自轉(zhuǎn)的向相反。這使可以在短時間看到木星更多面并更好地測木星磁場。探木星系統(tǒng)1974 年 11 月 7 日，先驅(qū)者 11 號進行了一次變，開始進入木系統(tǒng)。11 月 25 日 03:39，先驅(qū)者 11 號穿過木星的弓形波。接下來，驅(qū)者 11 號開始飛掠木星其衛(wèi)星。先驅(qū) 11 號和先驅(qū)者 10 號飛掠木星系統(tǒng)木星及其衛(wèi)星的路線圖（木系統(tǒng)軌道平面視圖）。可以出，先驅(qū)者 11 號與先驅(qū)者 10 號繞木星路線的方向相反的。圖片源：https://www.nasa.gov/ feature / 45-years-ago-pioneer-11-explores-jupiter，圖片文字翻譯：王欽1974 年 12 月 2 日，先驅(qū)者 11 號先后飛掠木衛(wèi)四（距 78.65 萬千米）與木三（距離 69.23 萬千米）；12 月 3 日，先驅(qū)者 11 號先后飛掠木衛(wèi)一（離 31.4 萬千米）與木二（距離 58.67 萬千米）。[2] 相比先驅(qū)者 10 號，先驅(qū)者 11 號飛掠木星的四顆衛(wèi)星的距離有近有。1974 年 12 月 2 日，先驅(qū)者 11 號在 75.6 萬千米遠處拍攝到半形的木衛(wèi)一。片來源：NASA / Ames1973 年與 1974 年，先驅(qū)者 10 號與先驅(qū)者 11 號拍攝的木星四顆“利略衛(wèi)星”的像，從左到右別為木衛(wèi)一（Io）、木衛(wèi)二（Europa）、木衛(wèi)三（Ganymede）與木衛(wèi)四（Callisto）。其中木衛(wèi)一圖像由先驅(qū)者 11 號獲得。圖片來源：https://history.nasa.gov/ SP-349 / p180.htm1974 年 12 月 3 日 5:02，先驅(qū)者 11 號從木星后面（對地球的視線經(jīng)過，19 分鐘后，先驅(qū)者 11 號到達木星近點，此時距離木星云頂 4.2828 萬千米。作為比，先驅(qū)者 10 號木星近點與木星云頂?shù)?離是 13.2 萬千米。因此，先驅(qū)者 11 號遠比先驅(qū)者 10 號更靠近木星，僅為者距離的 1/3，這使得它可以得到遠比后更清晰的木星像。先驅(qū)者 11 號拍攝到木星大紅斑的清圖像，當時先者 11 號在木星南緯 31 度上空、距離木星 54.5 萬千米。圖片來源：NASA在達到木星近前，先驅(qū)者 11 號的速度達到了 47.5 千米每秒，成為截至當時為最快的人造天。與先驅(qū)者 10 號一樣，先驅(qū)者 11 號上面沒有數(shù)據(jù)儲設(shè)備，它只在獲得數(shù)據(jù)的時立即發(fā)送數(shù)，所以，在它入木星后面時它拍攝的任何據(jù)都無法被傳到地球。1974 年 12 月 3 日 5:44，先驅(qū)者 11 號從木星后面出來，始重新發(fā)送獲的數(shù)據(jù)。緊接，它高速飛向星北極區(qū)域上。12 月 3 日 09:27，先驅(qū)者 11 號拍攝到木星的北極區(qū)域當時它距離木 43.5 萬千米。這是人第一次看到木的極區(qū)。在先者 11 號拍攝的木星北極域的圖像中，晰度達到 152 千米每像素。[3] 此前，天文學家猜木星兩極區(qū)域大氣比赤道區(qū)的大氣更透明些，觀測其南極區(qū)域可以更入地觀測大氣部。先驅(qū)者 11 號拍攝的包括木星北極區(qū)在內(nèi)的圖像。片來源：NASA由于速度比先驅(qū)者 10 號更高，且軌道與木星赤道面在較大夾角，在飛掠木星的程中受到木星形輻射帶的傷小于先驅(qū)者 10 號受到的傷害。1974 年 12 月 3 日，先驅(qū)者 11 號飛掠木衛(wèi)五（距離 12.75 萬千米），確定它的質(zhì)量。此先驅(qū)者 10 號沒有飛掠它1975 年 1 月 1 日，先驅(qū)者 11 號停止對木星的探測。在思士木星系統(tǒng)期間先驅(qū)者 11 號發(fā)回木星及衛(wèi)星的幾百張片，對木星進了紅外測量，獲取了磁場與電粒子的數(shù)據(jù)飛向土星：爭、妥協(xié)與犧牲于木星的巨大力的作用，先者 11 號的軌道發(fā)生大角的偏折。此后先驅(qū)者號團隊出指令，讓它 1976 年 5 月 26 日和 1978 年 7 月 13 日先后實現(xiàn)兩次變軌進一步修正了的軌道，使其向軌道另外一的土星。先驅(qū) 11 號拍攝的運行軌跡。于 1973 年 4 月在地球上被發(fā)射升，1974 年 12 月飛掠木星系統(tǒng)，在星引力作用下軌道發(fā)生明顯化，此后探測自身噴發(fā)出推劑，實現(xiàn)變軌飛向土星，并 1979 年 9 月經(jīng)過飛掠土星系統(tǒng)，后離開太陽系圖片來源：NASA；圖片文字翻譯：王善欽時，旅行者號目已在此前被準，相關(guān)的團也已經(jīng)成立并定了此后的計：旅行者 1 號將繼續(xù)探測星系統(tǒng)與土星統(tǒng)，以獲得更晰的圖像；旅者 2 號將執(zhí)行旅行者 1 號的任務(wù)（如旅行者 1 號失敗），或探木星、土星、王星與海王星如果旅行者 1 號成功）。旅行者 2 號飛向天王星的一關(guān)鍵步驟是：過土星的 A 環(huán)，借助土星引力彈弓效應(yīng)成變軌與加速為確保安全，行者號團隊建先驅(qū)者 11 號先經(jīng)過土星 A 環(huán)，以確定 A 環(huán)中的顆粒是否會損害測器。經(jīng)過討，先驅(qū)者號團同意了這個方。然而，兩個隊在探測器經(jīng)土星 A 環(huán)之后的路線選擇面卻出現(xiàn)了分：先驅(qū)者號團想讓先驅(qū)者 11 號向土星內(nèi)環(huán)方向前進，接探測土星內(nèi)，并確定此前處于爭議狀態(tài) D 環(huán)是否存在。旅行者團則要求先驅(qū)者 11 號朝土星外環(huán)方向前進穿過土星的 E 環(huán)，再離開土星系統(tǒng)，以確將來旅行者 2 號的探測器通過這條路線時否會受到土星環(huán)粒子的傷害先驅(qū)者號團隊為，如果先驅(qū) 11 號走旅行者號團隊給的路線，它與星的距離將會來越遠，得不天文學家感興的更高清的觀，更無法直接測土星內(nèi)環(huán)。行者號團隊也持自己的建議如果先驅(qū)者 11 號不走這條路線，旅行者 2 號也不冒險走這條路線，王星和海王星觀測也無從談。兩邊反復(fù)爭，都無法說服方。事情鬧到兩個團隊共同上級部門 ——NASA 總部。NASA 總部同意了旅行號團隊的建議因為這樣的路雖然犧牲了對星內(nèi)環(huán)的觀測及對土星自身更近距離觀測但為了能夠讓行者 2 號探測天王星與海星，這個犧牲值得的。在 NASA 行星科學部門的負責宣布這個決定，現(xiàn)場的先驅(qū)號團隊的成員出一片噓聲，示抗議。盡管此，先驅(qū)者號隊必須執(zhí)行 NASA 總部的決定。飛掠土系統(tǒng)1979 年 7 月 31 日，先驅(qū)者 11 號開始觀測土星。此，旅行者 1 號與旅行者 2 號也已先后結(jié)束對木星的探，正朝著土星來。1979 年 8 月 26 日，先驅(qū)者 11 號拍攝的土星、土星與土衛(wèi)五（土右下的白點）圖片來源：NASA1979 年 8 月 29 日，先驅(qū)者 11 號進入土星系統(tǒng)，先飛掠土衛(wèi)八（離 103.2535 萬千米）與土衛(wèi)九（離 1371.3574 萬千米）。[2]1979 年 8 月 31 日，先驅(qū)者 11 號飛掠土衛(wèi)七（距離 66.6153 萬千米）。[2] 同日，它在距土星 150 萬千米處探測了土星的弓形波，從而首次觀測證明土星在磁場。[1]1979 年 9 月 1 日，先驅(qū)者 11 號先后飛掠土衛(wèi)十一（距離 6676 千米）、土衛(wèi)十五距離 4.596 萬千米）、土衛(wèi)四（距離 29.1556 萬千米）與土衛(wèi)一（距離 10.4263 萬千米），[2] 并穿過土星外環(huán)之外的平，接近 A 環(huán)。當天 16:29:34，先驅(qū)者 11 號到達土星近點此時它距離土云頂 2.0591 萬千米，速度達到 31.7 千米每秒。在接近與離土星的過程中先驅(qū)者 11 號拍攝了 440 張土星系統(tǒng)的照片，其中 20 張的分辨率達到 90 千米每像素。[1] 在此期間，它還發(fā)現(xiàn)土星的 F 環(huán)與兩顆新衛(wèi)星飛掠土星后，驅(qū)者 11 號又在同一天先飛掠土衛(wèi)十（離 22.8988 萬千米）、土衛(wèi)三（距 32.9197 萬千米）、土衛(wèi)二（距離 22.2027 萬千米）、土衛(wèi)十四（距離 10.9916 萬千米）與土衛(wèi)五（距離 34.5303 萬千米）。[2]1979 年 9 月 1 日，先驅(qū)者 11 號拍攝的土星與土星環(huán)的部分。圖片來：NASA1979 年 9 月 2 日，先驅(qū)者 11 號飛掠土衛(wèi)六（離 36.2962 萬千米）。它拍攝的土六照片的分辨最高達到 179 千米每像素。這些圖像表土衛(wèi)六是一個有表面大氣特的橙黃色衛(wèi)星根據(jù)不同波段圖像，天文學測出土衛(wèi)六的徑為 5690 或 5760 千米。數(shù)據(jù)還表明，土衛(wèi)六層頂端的溫度為 75K（零下 198 攝氏度）。[4]1979 年 9 月 2 日，先驅(qū)者 11 號在 36 萬千米距離拍的土衛(wèi)六。圖來源：NASA在飛掠土星期，先驅(qū)者 11 號的紅外輻射計測量土星上大氣的紅外輻，結(jié)合無線電星方法，確定土星上層大氣溫度、結(jié)構(gòu)等質(zhì)。它的數(shù)據(jù)明：土星的平溫度約為零下 180 攝氏度，土星的主要分是液態(tài)氫，此不適合生命存。[1]然后，先驅(qū)者 11 號向土星 E 環(huán)方向飛馳，離開土星。1979 年 10 月 5 日，先驅(qū)者 11 號結(jié)束對土星統(tǒng)的觀測。飛太陽在土星引的影響下，先者 11 號的軌道發(fā)生偏折此后它朝著銀系中心方向飛太陽系，開始行星際任務(wù)。要注意到是，飛離太陽的方與先驅(qū)者 10 號飛離的方向幾乎相反。1995 年，先驅(qū)者 11 號無法再為它的儀供電，NASA 決定關(guān)閉它。1995 年 11 月 24 日，人類與先驅(qū)者 11 號徹底失去聯(lián)系現(xiàn)在，先驅(qū)者 11 號距離太陽約 111 天文單位（約 166 億千米）?，F(xiàn)在它相太陽的速度為 11.182 千米每秒，以年 2.36 天文單位的速朝著現(xiàn)在盾牌的方向運動。[2] 它的速度也已超過第三宙速度，因此以在將來脫離陽系。先驅(qū)者 11 號也攜帶了一塊金屬牌上面的符號與案與先驅(qū)者 10 號上面的那塊完全一樣。詳情參見《探太陽系邊疆的驅(qū)：先驅(qū)者 10 號丨行星壯游》）由于先者 10 號只飛掠了木星，先驅(qū)者 11 號還飛掠了土，二者軌道不同。因此，先者 11 號的牌子上的路線是不精確的。過這是個小問。2019 年，有人 [5] 用 Gaia 衛(wèi)星獲得的恒星位置與運玄鳥度、方向的數(shù)推斷出：約 92.83 萬年后，先驅(qū)者 11 號將飛掠矮星 TYC 992-192-1，與它最近時的距離為 0.8 光年。這是它未來 257 萬年內(nèi)能夠遇到的最近的恒。插曲：從備到復(fù)制件的先者 H1971 年，先驅(qū)者 10 號與 11 號尚未被發(fā)射，它們的編還是先驅(qū)者 F 與先驅(qū)者 G。這一年，先者號團隊計劃來發(fā)射先驅(qū)者 H，作為先驅(qū)者 G（先驅(qū)者 11 號）的備件。按照計劃先驅(qū)者 H 將在 1974 年被發(fā)射升空1975 年 7 月飛掠木星，其軌道面與星赤道面垂直因此可以完全測木星的南北。如果它成功空，它將被改為先驅(qū)者 12 號。遺憾的是，在先驅(qū)者 H 被發(fā)射前，NASA 總部否決了這個方案后來，被拆下電池的先驅(qū)者 H 被作為先驅(qū)者 10 號與 11 號的復(fù)制品放在博物。在博物館被著的先驅(qū)者 H，它被作為先者 10 號與先驅(qū)者 11 號的復(fù)制件。片來源：CamWow“先驅(qū)者 12 號”的名稱被 1978 年 5 月 20 日升空的探測金星的先驅(qū)者金星軌器”（Pioneer Venus Orbiter）所使用，它也被稱為先驅(qū)者金星 1 號”（Pioneer Venus 1）。先驅(qū)者 11 號飛掠木星時與木星赤道面夾角為 52 度，觀測到木的南北極的部區(qū)域，因此也部分實現(xiàn)了先者 H 的目標。真正實現(xiàn)先者 H 的軌道模式的是后來發(fā)射升空的太探測器尤利西（Ulysses）與木星探測器朱諾（Juno）。尤利西斯與太陽赤道嚳夾角達到 80.2 度，幾乎垂直。朱諾則木星赤道面完垂直（夾角為 90 度），屬于典型的極軌測器。先驅(qū)者 11 號的歷史貢獻先驅(qū)者 11 號是第一顆近距離探測翠山系統(tǒng)的探測器它實現(xiàn)了人類距離探測土星統(tǒng)的夢想。在入土星系統(tǒng)后先驅(qū)者 11 號上面的各種器獲得了土星土星環(huán)與土星星的數(shù)據(jù)。它得的近紅外數(shù)使天文學家可確定土星上層氣的溫度、結(jié)與土衛(wèi)六的溫；它在可見光段獲得的圖像品質(zhì)超過了地上當時所有望鏡獲得的圖像成為天文學家究土星系統(tǒng)細的第一批珍貴像；它獲得的星磁場的數(shù)據(jù)使天文學家可繪制土星的磁和磁場分布、度、方向與結(jié)，并確定太陽粒子與土星系磁場相互作用細節(jié)；它的近離觀測提供了星環(huán)的大量細，并幫助天文家發(fā)現(xiàn)了土星的 F 環(huán)；它通過飛掠，精測定了土星與星的一些衛(wèi)星質(zhì)量。此外，驅(qū)者 11 號雖然不是第一近距離探測木系統(tǒng)的探測器但它卻在更近距離處獲得了星更清晰的圖，并首次獲得星兩極的圖像它對木星的探進一步深化了類對木星性質(zhì)認識。為了紀無人探索飛船探索太陽系內(nèi)星與月球方面重大貢獻，美郵政局于 1991 年 10 月 1 日發(fā)行了一套共 10 枚郵票，描述了太陽系當的“九大行星與月球被探索情況（當時冥星依然被視為星）。在這套票中，木星的一張搭配先驅(qū) 11 號，而不是最早探測星的先驅(qū)者 10 號，而土星、天王星與魃星都搭配旅行 2 號。筆者的個人觀點是雖然先驅(qū)者 11 號與旅行者 2 號分別對木星與土星做更清晰的觀測但第一次成功近并傳回數(shù)據(jù)分別是先驅(qū)者 10 號和 11 號。因此，更合理的搭配許應(yīng)該是：木-先驅(qū)者 10 號，土星-先驅(qū)者 11 號，天王星與海星-旅行者 2 號。1991 年 10 月 1 日發(fā)行的木星與先驅(qū)者 11 號郵票。圖片來源：United States Postal Service先驅(qū)者 11 號的成功也為此后行任務(wù)的旅行 1 號、旅行者 2 號與卡西尼-惠更斯號探測器探測土積累了第一批貴經(jīng)驗，并為行者 2 號探測天王星與海星掃清了道路特別是，它驗了土星環(huán)內(nèi)部顆粒環(huán)境，確旅行者 2 號將來可以安全過預(yù)定路線。年先驅(qū)者號團的成員一度因驅(qū)者 11 號為旅行者 2 號而犧牲自己后的探測目標憤憤不平，但著后來旅行者 2 號成功探測了天王星與海星，他們也釋了。因為他們道，先驅(qū)者 11 號為旅行者 2 號作了開路先鋒，從而人類探索這兩冰巨行星做出自己的重要貢。參考文獻[1] In Depth: Pioneer 11, https://solarsystem.nasa.gov/missions/pioneer-11/in-depth/[2] Wikipedia: Pioneer 11, https://en.wikipedia.org/wiki/Pioneer_11#cite_note-Pioneer_11-1[3]Andrew LePage, Our First Good Look at Jupiter’s North Pole – 1974, https://www.drewexmachina.com/2016/06/28/our-first-good-look-at-jupiters-north-pole-1974/[4]Andrew LePage, Voyager 1: The First Close Encounter with Titan, https://www.drewexmachina.com/2015/11/12/voyager-1-the-first-close-encounter-with-titan/[5] Bailer-Jones, Coryn A. L. & Farnocchia, Davide, Future Stellar Flybys of the Voyager and Pioneer Spacecraft, Research Notes of the American Astronomical Society, 2019, 3, 59. 這篇論文的擴版本見：arXiv:1912.03503 (https://arxiv.org/ abs / 1912.03503)