宇宙飞行49年，这台飞得最远的探测器快没电了

1977年8月20日，美国卡纳维拉尔角，一枚泰坦-半人马座火箭腾空而起。

它搭载的探测器重721.9kg，展开后像一只拖着细长天线的蜻蜓。

当初，NASA给它的设计寿命只有五年，它就是旅行者2号探测器。

49年后的今天，这台探测器还在宇宙中旅行。

它已经越过了太阳系边缘，距离地球两百多亿公里，以每秒十几公里的速度奔向更深的星际空间。

它的电力来自一组核电池——三台放射性同位素热电发生器（RTG）——而这些电池，快要耗尽了。

2026年8月4日，NASA喷气推进实验室（JPL）完成了一项代号为“大爆炸”的工程，目的是为这台机器续上一年的寿命。

这场浪漫又注定悲壮的宇宙之旅，会延续到何时？

旅行者号概念图（图片来源：NASA/JPL-Caltech）编辑

三台核电池，半个世纪的飞行

旅行者2号靠什么飞了49年？

答案不是太阳能。

在距离太阳两百多亿公里的地方，阳光已经微弱到几乎可以忽略。

它靠的是核电池，学名放射性同位素热电发生器（RTG），一共装载三台。

这套装置的原理并不复杂：钚元素持续衰变，释放热量，热量再被转化成电能。

整个过程没有化学反应，也没有可充可换的电池芯，只有一种元素，按自己的节奏稳定地走向衰竭。

随着钚每消耗一点，发电量就会少一点。

两台旅行者号探测器，每年会损失大约4瓦的电力。

4瓦是什么概念？如今一部智能手机的充电功率，是这个数字的几十倍。

而旅行者2号，就是靠这一点越来越微弱的电力，撑到了今天。

这三台核电池支撑它完成的，是人类航天史上少有的壮举。

1977年出发时，旅行者2号和它的姊妹船旅行者1号，赶上了一个百年不遇的机会：木星、土星、天王星、海王星正处在约每175—176年才出现一次的几何排列上，两艘探测器可以借助行星的引力接力，一口气掠过四颗外行星。

旅行者2号是迄今为止唯一近距离探测过天王星和海王星的探测器。

它传回的木星大红斑细节、土星环的纹理、海王星上的风暴，至今仍是科学家反复研究的对象。

再后来，它飞出了太阳系——2018年，旅行者2号成为继旅行者1号之后，第二个进入星际空间的人类造物。

RTG核电池_PIA25782（图片来源：NASA/JPL-Caltech）编辑

十台仪器，逐一告别

飞行的尽头，往往不是某次突然的故障，而是能源一点一点地枯竭。

每艘旅行者号出发时，都搭载了10台科学仪器。

电力充足的时候，它们分工明确：有的测量磁场，有的计数宇宙射线，有的记录等离子体的密度和温度。

其中一部分仪器，只在掠过行星的那几年真正用得上——木星、土星、天王星、海王星一一看过之后，它们就完成了使命，被陆续关闭。

真正棘手的是最近两年。

自2024年起，持续下降的电力，迫使任务团队在每艘旅行者号上又各关掉了两台仪器。

以旅行者2号为例——2024年9月26日，它关掉了等离子体科学仪（PLS）；2025年3月24日，又关掉了低能带电粒子仪（LECP）。

两次关停之后，旅行者2号还在开机的科学仪器，只剩下了三台，它们各有用处：一台测量磁场，一台“倾听”星际空间的等离子体波，还有一台计数来自银河系深处的宇宙射线。

地面的飞行控制团队描述电力余量已经“薄得像刀刃”。

每一次决定关闭哪台仪器，都是一次艰难的取舍——关掉一台，就意味着永久失去一种感知宇宙的能力。

如果不进行干预，摆在团队面前的将是一个明确的时间表：必须在2026年底之前，再关掉旅行者2号上的一台仪器。

JPL的工程师们显然想与旅行者号晚一点说再见，于是就有了“大爆炸”工程。

这个名字来自于操作的方式：把一组耗电设备同时关闭、同时换成低功耗的替代品，一步到位，而不是一台一台慢慢来。

这种“一次完成”的做法，被工程师们比作宇宙大爆炸。

与此同时，团队还要保证飞船足够“暖和”——在深空环境里，仪器一旦被冻坏，省下来的电就失去了意义。

温度与电力之间，需要反复权衡。

更难的是距离。

给旅行者1号发一条指令，要飞23个小时才能抵达。

地面上的工程师没法实时盯着操作，只能把每一步都想周全，一次性发过去。

目前计算的结果是，省出的电力能让旅行者2号剩下的3台仪器，至少再运行一年。

一年，对一台已经飞了49年的机器来说，只是它服役期的一个零头。

但对地面团队而言，这意味着一整年的额外数据，来自星际空间的数据——那是除旅行者号外，人类探测器尚未抵达过的领域。

NASA还计划对旅行者1号实施同样的改造。

旅行者1号的处境其实更紧迫：它如今距地球超过250亿公里，2026年2月的一次例行滚动机动中，电力意外下降；4月17日，团队关掉了它的低能带电粒子仪。

现在，它只剩两台仪器还在工作——一台听等离子体波，一台测磁场。

JPL的任务经理Kareem Badaruddin说：“关掉科学仪器不是任何人的首选，但这是眼下最好的选择。

”改造预计在未来几个月内完成。

当然，续命并不意味着永生。

钚-238的半衰期是87.7年，旅行者2号的发电能力每时每刻都在衰减。

终有一天，旅行者号的所有科学仪器都会彻底关停，钚电池的能量会彻底耗尽，再也无法传回探测数据。

但这并非终点。

它们不会返航，不会停歇，它们将带着镌刻人类文明印记的金唱片——收录着地球的声音、图像与文明记忆，继续以恒定速度奔赴更深的星际，据估计它们将在浩瀚宇宙中漂泊数万年，成为人类文明散落深空的永恒信物。

LECP低能带电粒子仪（图片来源：NASA/JPL-Caltech）编辑

量子信息+熵，能解释宇宙的演化吗

它说，一个系统的熵只会随时间增加，不会减少。

这也是唯一一条能指明"时间箭头"朝哪走的物理定律。

熵，说白了就是无序的程度：熵越低，结构越有序；熵越高，越散乱。

糖从浓处向淡处扩散、气体膨胀、咖啡放凉，背后都是熵在增加。

人们相信，宇宙的演化也遵循这条定律。

宇宙早年处于低熵状态，一路演化到高熵。

可就在这个过程中，宇宙造出了一些极其复杂的结构——星系就是代表。

星系的熵很低，却是在一个高熵的环境里形成的。

这看起来像是在违反第二定律。

这个存在已久的矛盾，正是物理学家金妮斯特拉·比安科尼想解决的难题。

引力、熵与量子信息的交织，是比安科尼理论的视觉主题（图片来源：Physics World） 在爱因斯坦的广义相对论里，有个叫"度规"的数学对象，描述时空是怎么弯曲的；物质沿着这条弯曲走，就表现成了引力。

而在量子力学里，"算符"是对量子态做变换的数学工具。

比安科尼的关键一步，就是把这个"度规"当成量子算符来用，用量子化的方式描述时空的几何。

这样一来，会冒出两个"度规"：一个是"真实"的时空度规，一个是由物质和能量诱导出来的度规。

两者之间"差多少"，用量子信息论里的一个量来度量，叫量子相对熵。

正是这两个几何之间的量子相对熵，决定了时空怎么演化——换句话说，它给出的运动方程，就是引力。

在低曲率极限下，这套方程能精确还原爱因斯坦的广义相对论。

可一旦超出这个极限，方程就得被一个叫"G场"的对象修正。

G场生出一个暗能量项，而且是动态的。

暗能量被认为是直接推动宇宙膨胀的东西；在标准广义相对论里，它由静态的宇宙学常数驱动。

现在冒出一个动态的暗能量项，就有了被实验检验的机会。

比安科尼又把这套理论用到了弗里德曼-罗伯逊-沃克（FRW）宇宙模型上。

这是广义相对论对宇宙行为的一级近似，假设宇宙各向同性、处处均匀、且在膨胀。

膨胀由宇宙的主导成分驱动——暗物质、普通物质，或辐射。

宇宙膨胀时，体积变大，总熵也跟着变大。

但正因为体积涨得更快，单位体积里的熵——也就是熵密度——反而随时间下降。

总熵在涨，局部熵密度却在降，这就给了星系、甚至生命这类低熵结构一个在膨胀宇宙里被造出来的机制。

那这算不算违反第二定律？比安科尼用非空的 FRW 宇宙算了一遍总熵：要把熵密度在整个时空区域上积分，而因为体积随时间变大，总熵成了时间的函数——膨胀的速度超过了熵密度衰减的速度。

所以对辐射主导和物质主导的宇宙，总熵依然随时间增加，第二定律照样成立，尽管局部熵密度在下降。

比安科尼强调，GfE 理论还很年轻，需要实验来验证。

但这项工作揭示了它内在的热力学本质，为经典引力与量子引力都打开了新路——把引力用"量子信息"和"熵"来表述，也许正是通向"量子化引力"这个百年难题的另一条路径。

引力，也许并不是什么神秘的基本力，而只是信息与熵的必然结果。

若真如此，宇宙为什么要演化、为什么能长出星系和生命，答案也许就藏在这条最普通的第二定律里。

来源：S. Jones, "Could quantum information theory explain universe evolution?" Physics World, 14 Sep 2026. 报道所引研究：G. Bianconi, Physical Review D.

追踪13.4万亿个暗物质！百亿亿次超算用4天完成这场模拟

每次模拟都追踪了13.4万亿个暗物质粒子在286亿光年宽度区域内的演化过程。

这一成果有助于科学家研究宇宙暴胀，并为分析大型巡天观测数据提供重要支撑。

左图为百亿亿次级模拟生成的全天空光锥图；右图外圈显示宇宙微波背景辐射，扇区分别展示视线速度（红/蓝）、物质密度（灰）和引力势（绿/蓝）。

图片来源： 美国阿贡国家实验室 宇宙暴胀理论认为，极早期宇宙曾经历一段短暂而剧烈的快速膨胀。

这一过程将微观量子涨落拉伸到宇宙尺度，留下微小的密度差异；随后，引力把这些差异不断放大，最终形成我们今天看到的星系、星系团和宇宙大尺度结构。

然而，暴胀背后的具体物理机制仍未完全确定。

通过研究物质在宇宙中的分布，有望找到更多线索，探索宇宙最早期的秘密。

暗物质无法被望远镜直接看见，却凭借引力主导星系形成，并塑造更大尺度的宇宙结构。

在模拟中，暗物质粒子被用作暗物质密度和速度分布的“示踪剂”，团队由此得以追踪宇宙结构跨越数十亿年的演化轨迹。

标准宇宙暴胀模型预测，早期宇宙的密度涨落服从高斯分布，也就是最简单的一类随机模式。

科学家正努力寻找其中可能存在的微小偏差，即“原始非高斯性”。

一旦发现可测量的偏差，就可能暗示暴胀时期还存在其他场、相互作用或动力学过程，从而帮助区分关于宇宙最初时刻的不同理论。

然而，这类信号极其微弱，还可能被“宇宙方差”掩盖——由于观测只能采样宇宙的有限体积，统计不确定性难以完全消除。

因此，探测此类信号需要覆盖最大宇宙尺度的超大规模模拟。

而如此规模的模拟对算力要求极高。

团队在阿贡国家实验室的“极光”超级计算机上完成了计算。

模拟及大部分数据分析约4天完成，目标正是揭示宇宙暴胀的物理本质。

这些模拟数据将助力分析多项大型巡天项目，包括美国能源部支持的暗能量光谱仪（DESI）和NASA的SPHEREx任务，两者目前均处于数据采集阶段。

模拟与前沿观测相互印证，将共同描绘出更为精细的宇宙图景，推动人类对宇宙起源与演化的探索。

来源：科技日报