旅行者1號是於1977年9月發射的一顆深空探測器,其主要目的是探測木星、土星及它們的行星環,該探測器於1979年1980年分別完成了對木星和土星的探測,完成了既定的歷史使命,接下來沿著原先的運行軌道繼續向太陽系外圍行進,目前已經航行超過220億公裡。在旅行者1號飛行的過程中,勢必會穿越木星和火星之間的小行星帶以及海王星外側的柯伊伯帶,那裡分布著數量眾多的小行星和固體碎塊,為何它沒有撞上這些小行星或者被太陽系內巨大的行星引力所俘獲呢?
首先我們看一下旅行者1號在沿途所經過的行星情況。它從地球發射之後到飛離太陽風影響範圍的這段歷程中,大質量行星包括火星、木星、土星、天王星和海王星是其必須要邁過去的坎。在上述行星表面的逃逸速度分別為5.02公裡/秒、59.5公裡/秒、35.5公裡/秒、21.3公裡/秒、23.5公裡/秒,從這些數據來看,除了火星表面的逃逸速度較地球小之外,其餘星體很大的逃逸速度,決定了如果探測器比較接近這些星體,就會有很大的機率被它們的引力所俘獲。
由於火星距離地球較近,而且表面逃逸速度很小,在發射時科學家們早就計算好了躲避火星的路線,使之直接奔向探測的目的地-木星。同時,在發射旅行者1號和2號這兩顆深空探測器時,也是刻意選擇了木星、土星、天王星、海王星這四顆大質量氣態行星基本處於一個弧形軌道的特殊「窗口期」,通過複雜的計算,不斷修正探測器的運行軌跡,使之既可以完成探測任務,也能夠利用這些大質量行星的引力彈弓效應進行加速,從而以更快的速度奔向下一個目的地。其中,旅行者1號主要利用木星和土星進行加速,旅行者2號則充分利用了木星、土星、天王星進行加速。
因此,難得的發射窗口和精密的軌道設計,使得兩顆探測器不可能被太陽系內被行星引力所捕獲,這些行星的引力反而為探測器的飛行注入了強大的能量,拿旅行者1號來說,在完成土星探測和利用引力彈弓進行加速以後,其運行速度達到了17公裡每秒左右,這種狀態之下,太陽系內的一些矮行星都不足以對其造成威脅,而且更重要的是,在利用土星的引力彈弓進行加速以後,旅行者1號的飛行軌跡則逐漸偏離黃道平面,轉而向銀河系的銀道面靠攏,黃道面和銀道面有著高達60多度的夾角,這就使得其受到太陽系內其它大質量行星和矮行星引力的影響越來越小。
下面,再來看一下探測器為何沒有撞上小行星。太陽系內主要有兩個小行星帶,一個是位於木星和火星之間的小行星帶,寬度大約在1.5個天文單位左右,分布著50萬顆左右的小行星體,這些小行星的質量都非常小,即使此處的小行星都集合起來,也只能達到月球質量的4%,其中約有一半的質量都集中到四個有名的小行星帶上,分別是:穀神星、灶神星、智神星和健神星。另一個是位於海王星外側的柯伊伯帶,這裡小行星的分布規模更大,寬度達到20個天文單位左右,擁有數百萬顆小行星體,這個區域的小行星體質量差別較大,絕大部分都是直徑在1米以下的巖質微星,但也有個別質量很大的,比如冥王星,直徑在超過了2000公裡,曾經還被列為太陽系的第九大行星。
從人類發射的眾多深空探測器來看,其搭載的主要設備包括主體部分、相機、太陽能板、天文望遠鏡、通訊、姿態調整、動力設備等等,都沒有攜帶可以跟蹤或者清除沿線小行星體的裝置,這種配備的探測器結構,一方面是為了儘量減少探測器的載荷,另一方面也說明了探測器在沿途撞上小行星的機率可以忽略。減少載荷可以理解,撞上小行星的機率我們則可以通過簡單的計算看出一些端倪。
拿小行星帶來說,如果我們在一個平面上觀測,其平均分布密度為3萬億平方公裡的範圍內僅有1顆小行星體,也就是說兩顆小行星之間的平均距離將達到100多萬公裡,探測器從中穿越如果想要撞上小行星,要比開槍在一塊操場中擊中一隻螞蟻的難度都要大,因此這種機率可以忽略。如果拿柯伊伯帶來說,小行星體之間的距離還要大得多,平均都達到上千萬公裡,這個距離探測器想方設法撞上都沒有可能性。
至於旅行者1號將來要進入通過的奧爾特星雲,這裡理論上是太陽系的邊界,其物質密度更加稀少,絕大多數都以星際氣體和塵埃物質為主,以旅行者目前的運行速度,這些星際氣體和塵埃並也不會在短期內對探測器造成什麼危害,但從長期來看,肯定會影響探測器的壽命,而且會造成一定程度的探測器減速,只不過在那麼遙遠的區域,探測器已經早已不在人類的掌握和監測範圍之內,至於其最終的命運如何,只能依靠它自己了。