关于旅行者号飞船上金唱片的命运
人类送上太空的金唱片会损坏吗？
在下面这篇文章中，我们将带着大家乘坐宇宙时光机做一次旅行。
尽管未来难以预料，但有的时候物理学可以帮助我们。就像人类的最终命运虽然是无法预知的，但令人惊讶的是两件人造品的命运却可以被科学家详细计算出来。
它们就是美国航空航天局发射的两艘旅行者号飞船上携带的刻有信息的“金唱片”，目前这两艘飞船已经进入到浩瀚的星际空间了。虽然它们几年之内就将陆续进入“静默”状态，但是唱片将始终存在。荷兰卡普坦天文研究所的博士研究生尼克•奥伯格和他的同事们对此产生了兴趣，他们想要计算一下在遥远的未来这两艘飞船会与哪些恒星相遇。
旅行者一号宇宙飞船进入星际空间的艺术想象图，略显棕色的区域是太空中的电离气体，图片来自美国航空航天局喷气推进实验室-加州理工学院
出人意料的是，计算模型可以让他们预测到比预期更加遥远的未来。因此，奥伯格在美国天文学会的第237次会议上（由于新冠大流行，本次会议是在22年1月12日以虚拟会议的形式召开），用一张超长的时间表展现了两艘飞船和金唱片的未来命运。
首先，让我们回顾一下历史：
美国航空航天局在1977年发射了旅行者1号和2号飞船以便穿越太阳系，每艘飞船上都有一个12英寸（30厘米）大小的铜镀金唱片，这是按照知名天文学家卡尔·萨根的创意而制做出来的，上面刻着图片和音乐信息，在漫长的旅途中如果有幸遇到高等智慧生命，可以向“它们”介绍地球和人类。这两艘飞船都到访了木星和土星，之后它们分道扬镳：旅行者1号去访问了土星的卫星-泰坦，而旅行者2号转向天王星和海王星。
上图是旅行者1号上安装金唱片的照片
2012年，旅行者1号穿越了太阳风的边界，进入星际空间；2018年，旅行者2号也步其后尘。现在这两艘飞船都在太阳系之外继续航行着，不断发回信号，让人们了解它们在太阳系外冒险之旅的进展。但由于它们的能源在逐渐消耗，这种信号在几年之内将会彻底消失。
但它们的旅程并不会结束。
奥伯格和他的同事们通过分析飞船的轨迹和它们飞过的空间环境等因素，从而获得金唱片的存在可能性。最终得到的分析结果不止跨越了人类的生存期限，还跨越了银河系和仙女座星系的碰撞事件，甚至在大多数恒星灭绝后它们仍然可能会幸存。
下面我们按照时间来了解一下奥伯格和他的同事们的研究结果：
银河系内的观光之旅
其实对这两艘飞行器的预测一开始并没有打算做太远，最初的灵感来自于欧洲航天局盖亚卫星第二批观测数据的发布（这颗卫星能够测量超过十亿颗恒星的精确位置）。
奥伯格在报告中表示：“我们最初的目标是通过盖亚的观测数据，来高精度的计算出旅行者号飞船会遇到哪一颗恒星”。因此他和同事们开始按照时间来计算旅行者号的未来轨迹。
提醒大家，不要激动于未来的任何里程碑，因为20000年后旅行者号才会穿过奥尔特云 – 一个由彗星和冰冷的碎石构成的地带，在100000个天文单位（地球和太阳的平均距离）的距离上绕着太阳旋转，那时旅行者号才会真正告别太阳系。
在那时旅行者号会第一次感受到：来自其它恒星的引力开始大于太阳的引力。
再过10000年，旅行者号才会真正接近一颗陌生的恒星，那是一颗叫做“罗斯 248”的红矮星，那时距离现在已经过去了3万年。但其实这样描述是有一点勉强的，更准确的说法是“罗斯 248”飞过了几乎静止不动的旅行者号。
从现在往后的5亿年里，太阳系和旅行者号都会绕着银河旋转一圈，我们无法预测在地球表面会发生什么，但这正是地球古大陆和超级大陆形成和毁灭的时间尺度。
在这个星系级别的旋转过程中，旅行者号会“上下”颠簸着运动，尤其以旅行者1号飞船为甚，它会漂浮在银河系星盘的上方，因此它将遇到一个更加“稀疏”的银河系。
旅行者号飞船上携带金唱片的照片
图片来自美国航空航天局喷气推进实验室-加州理工学院
金唱片损毁的机率
这两艘飞船在垂直方向上的运动差异也导致了每一张金唱片不同的幸存机会。
金唱片在设计时是准备要在太空中长久的保存下来的，有可能达到数十亿年时间。在它金色的光泽下有一个保护性的铝层，下面才是刻着信息的铜盘。但为了真正搞清楚它们能保存多长时间，就必须要考虑它们所经历的环境，这意味着我们必须了解它们所处的位置。
特别是，奥伯格和他的同事们需要知道旅行者号在银河系广阔的星际尘埃中会被“包裹”多长时间，他把这个环境称为“一种为数不多的、能够真正损坏飞船的环境”。
这是一种很严酷的环境，尘埃将以每秒若干公里的速度撞击飞船。“尘埃颗粒就像一场雨一样，一点一点剥离着飞船的外表”，奥伯格说，“即使是一颗千分之一毫米的颗粒也会在飞船表面造成一个气化的小坑”。
旅行者一号垂直方向的震荡意味着它处于银河系平面上方或者下方的时间更长，而银河系平面的尘埃云是最稠密的。奥伯格和同事们对两艘飞船的路径以及它们与尘埃云的相遇进行了上千次的模拟，来计算金唱片的损坏情况。
金唱片表面的图片，它的表面镀金，用来在太空环境中保护其播放内容。
图片来自美国航空航天局喷气推进实验室-加州理工学院
这个过程中，也要考虑尘埃云的引力对旅行者号轨迹的影响。奥伯格表示：这些尘埃云在某个区域大量聚集，这会导致旅行者号飞船轨道的弯曲，甚至被拖入新的轨道中，有时会远离银河系的中心，有时又会靠近。
但总体来说，这两个飞行器中的金唱片保持可读的机率都是不错的，因为它们都被藏在了飞行器的内部。奥伯格的分析结果是：旅行者一号上金唱片的外表面有可能会遭到侵蚀，但旅行者二号上的金唱片的信息丢失可能性会更高。主要原因在于旅行者二号的轨道更加不规律，因而更难预测其飞行轨迹所处的环境。
但是根据奥伯格和同事们的计算，尽管面临各种袭击和迂回轨迹的影响，这两张唱片都很有可能在50亿年的时间中保存完好。
银河系的生命末期
在50亿年之后，模型会变复杂，因为银河系要和它巨大的“邻居”-仙女座星云碰撞了。这时会变得比较混乱，银河系规律的螺旋形会被深深的缠绕住，并有可能完全消失，旅行者号可能会在合并过程中被抓住，细节则难以预测。
仙女座星云
但是在相对友好的50亿年中，两艘旅行者号飞船很可能会访问我们太阳旁边的一颗恒星，最远距离这颗矮星大约150个地球和太阳距离，或者3倍的太阳-冥王星距离。
具体是哪颗星就比较复杂了，甚至它可能是一颗我们当前还不知道的恒星。
按照奥伯格的观点，虽然在星系级别的大碰撞之前，两艘飞船都不太可能特别接近任何一颗恒星，但是它们确实有可能飞过恒星系统的边缘地带。奇特的地方在于这颗恒星当前可能并不存在，也就是说它还未诞生。
以上就是数十亿年中旅行者号面临的风险。
银河系和仙女座星系碰撞过程的想象图（图片来自美国航空航天局、太空望远镜科学研究所、戈达德飞行中心）
之后，旅行者号的命运取决于星系合并的情况。
星系大碰撞可能会导致飞行器有20%的机率被抛出新形成的星系，虽然它有可能被束缚在星系附近。如果出现这种情况，对金唱片的最大威胁则变为高能宇宙射线以及炽热气体中的奇分子（具有奇数价电子的分子），而在银河系内这两个因素的影响则要小得多。
在银河系内，旅行者号的命运取决于合并之后留下的尘埃量，奥伯格认为这种尘埃很可能很少，因为恒星的形成和爆发是缓慢的，这导致抛向星系中的尘埃数量并不多。
按照奥伯格的观点，旅行者号在尘埃中的运气也许能让它们在宇宙中近乎无限长时间的游荡下去。其期限远远超出了恒星用尽燃料并在宇宙中不再诞生的时间尺度，旅行者号也许会在一个完全未知的星系中流浪，那里已经不再有恒星演化的主序星过程，变成一个由黑洞、白矮星和中子星等恒星残骸构成的世界。
那是一个黑暗的世界，唯一的光亮来源于亿万年一次的恒星残骸碰撞所产生的超新星，而我们所创造的金唱片将会成为这些黑暗中超新星闪光的目击者。
BY:Meghan Bartels
FY: TelescopeX
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