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休假|国庆假期火星车也放假 比我们假期还长

国庆长假电磁波火星车休假涂传诒

编者按：“浩瀚的空天还有许多未知的奥秘有待探索” ， 为此 ， 中科院之声与中国科学院国家空间科学中心联合开设“Calling太空”科普专栏 ， 为大家讲述有趣的故事 ， 介绍一些与空间科学和航天相关的知识 。
在十一国庆长假来临之际 ， 你听说了吗 ， 火星上的所有探测器们也要放假 ， 而且比我们假期还长 。 那个在火星上不断给我们发回“游客照”的祝融号火星车 ， 就在“休假”之列 ， 另外 ， 此次“休假”的也包括美国的火星车 。
有人问 ， 是因为沙尘暴 ， 让祝融号的太阳能板不工作了吗？其实并不是 ， 毕竟美国的毅力号使用的是核电池 ， 不受太阳能限制 ， 也同样要“休假” 。
休假|国庆假期火星车也放假 比我们假期还长
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祝融号火星车（图片来自网络）
说是“休假” ， 其实它们都还在正常运转着 ， 只不过它们和地球的联络中断了 ， 据专家估计大概持续50天时间 。 由于采集到的数据无法发送回来 ， 所以我们就当它们在放假了 。 这次失联 ， 也不必往阴谋论方面想 ， 其实是由地球与火星在宇宙中的位置关系造成的 。
什么样的位置会导致火星无法与地球通信？
地球和火星 ， 都是围绕太阳转圈的 ， 地球转一圈大约365天 ， 火星转一圈大约相当于地球的687天 ， 一圈的时间地球转了快两圈了 。 总有一个时间 ， 地球和火星在太阳连线上 ， 分居太阳两侧 ， 这种位置关系叫做火日合相 。
【休假|国庆假期火星车也放假 比我们假期还长】
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火日合相示意图
这个时候 ， 巨大的太阳不仅是一个遮挡物 ， 而且它会不断放射出很强的电磁波 。 我们和火星探测器之间靠的是无线电波通信 ， 也就是特定特长的电磁波 ， 而太阳发送更强的电磁波 ， 两种电波就混在一起无法辨别了 。
通信信号可以避开太阳辐射的频段吗？
有人问 ， 电磁波有好多好多频率 ， 我换个频段行不行？
但是 ， 问题就在于 ， 太阳是全波段发射的 ， 频率从低到高都有 ， 我们躲不开 。 这些不同频率有着不同的名字 ， 例如可见光、紫外线、X射线 ， 等等 。 科学家分析它每个频率电磁波的强度 ， 有的强有的弱 ， 跟大约6千度的黑体释放的辐射的强弱分布非常相似 ， 如下图所示 ， 所以科学家才得出“太阳表面大约6千度”的结论 ， 其实没有人去太阳表面测过 。
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太阳的辐射频谱近似于6千度的黑体辐射（图片来源：依据涂传诒《日地空间物理学》修改）
因此 ， 咱们探测器可用的电磁波频段 ， 基本太阳也在发射同样的电磁波 ， 只不过强弱有别 。 如果太阳辐射可以与通讯信号强度相比较 ， 那就如同给文字上泼了一滩墨水 ， 文字写的什么就读不出来了 。
其他探测器的信号也会受到太阳电磁辐射的干扰吗？
太阳全波段发射的电磁波 ， 会被地球大气吸收 ， 不怎么影响咱们生活 。 但对于从大气之外的宇宙空间发送回来的电磁波通讯来说 ， 太阳的辐射干扰就比较强了 。 当卫星离得近时信号比太阳辐射强 ， 不容易被干扰 ， 比如这次国庆长假 ， 其他的卫星是“不放假”的 。 然而 ， 离得越远卫星的信号越弱 ， 火星和地球分居太阳两侧时 ， 相距大约4亿公里 ， 此时所有火星探测器发送回来的信号强度就很难从太阳辐射中区分 ， 那它们也就集体失联了 ， 无论中国还是美国的探测器 。
除了火星探测器 ， 还有一类会被太阳辐射明显干扰的卫星 ， 就是飞行在地球和太阳之间引力平衡的拉格朗日L1点上的卫星 。 这里的卫星可以随着地球绕太阳一同转圈 ， 永远停留在日地连线上 ， 如此一来太阳上如果有爆发活动 ， 辐射和高能粒子在冲击到地球之前 ， 先要经过这颗卫星 ， 它有很大的预警价值 。 但实际上L1点卫星的飞行轨道 ， 是绕着这个点转圈 ， 永远错开一些 ， 那是因为活动在日地连线上 ， 发送给地球的信号会受到太阳辐射的强烈干扰 。 拉格朗日L1点距离地球才150万公里 ， 火星可就远得多了 ， 信号也更容易受干扰 。
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拉格朗日L1点以及在这里“绕圈”的卫星的示意图（图片来自网络）


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