NASA 一直清楚，深空任务必然会遭遇各种未知情况。像旅行者 1 号这样的探测器，就曾多次出现故障，甚至回传过看似毫无意义的数据。与远离太阳系的航天器保持通信，本身就是一件极具挑战性的事。但在先锋 10 号和先锋 11 号任务中，NASA 遇到的却是一个格外离奇、也格外吸引人的谜题。
当这两艘探测器飞行到大约 20 个天文单位的位置时（1 个天文单位是地球到太阳的平均距离），它们都出现了一种指向太阳方向的异常加速度。相关论文指出，这种异常源自航天器接收到的模拟射电多普勒数据与实际观测数据之间的差异。研究人员发现，只要假设存在一种来源未知、始终朝向太阳的微弱加速度，这种差异就可以被消除。
也就是说，先锋号仍在离开太阳系，但似乎有一股看不见的力量在拉着它们往回走，略微减缓了它们远离太阳的速度。虽然这个效应非常微小，但两艘航天器几乎在相同距离上都出现了类似现象，这引发了一些物理学家的大胆猜想：会不会是我们对引力的理解出了问题，尤其是牛顿提出的引力反平方定律。
按照这一经典定律，引力会随着距离的增加迅速减弱。然而，先锋号的数据却暗示，事情并非完全如此。于是，有人开始尝试提出更激进的解释，甚至认为这可能指向新的物理学。例如，有观点认为探测器本身并没有受到额外的力，而是因为宇宙在膨胀，导致探测器所经历的时间流逝方式与地球不同。
一些论文进一步提出，这种所谓的“先锋号异常”并非源自航天器的未建模运动，而是宇宙膨胀在局部尺度上的体现。随着背景引力势随时间变化，宇宙学时间被“加速”，从而在观测中表现为异常加速度。也有研究团队指出，这一异常加速度的数值恰好与当代哈勃常数在数量级上接近，并声称他们的共形宇宙学模型可以自然解释这一现象。他们认为，在太阳系周围可能存在一个局部“蓝移区域”，影响了地球与航天器之间导航无线电信号的频率交换。
这些设想听起来确实引人入胜。如果后续探测器在类似距离上也出现同样的异常，那或许真的需要引入全新的、甚至颠覆性的解释。然而，事实并非如此。后来发射的其他探测器在相同距离上，并没有表现出类似的异常加速度。
这使得研究焦点逐渐回到了航天器本身。几十年后，科学家重新分析并恢复了大量多普勒数据，终于找到了一个更朴素、也更可信的解释。研究团队发现，所谓的异常加速度，其实来自航天器自身发出的各向异性热辐射。由于热量并非均匀向各个方向散发，这种不对称的热辐射会产生极其微弱的反冲力，长期累积后，恰好表现为探测器被“推”向太阳。一旦将这种热后坐力纳入模型，先锋号的异常加速度便完全消失了。
不过，并非所有航天器异常都这么容易解释清楚。另一个仍存争议的现象是所谓的“掠过异常”。在利用行星引力进行加速、改变航向的过程中，一些探测器的速度略微高于理论预期。这种现象曾在伽利略号、卡西尼–惠更斯号以及罗塞塔号掠过地球时被观测到。
围绕掠过异常，科学家提出过多种解释，比如地球自转带来的未预料效应，甚至假设地球周围存在某种暗物质分布。但问题在于，并非所有航天器都表现出这种异常，因此目前观测到的速度变化仍基本符合预测。就像先锋号异常一样，掠过异常未来或许也会被一个更普通的物理机制所解释，但到目前为止，它仍然是一个未解之谜。
随着更多探测器被送往更遥远的宇宙空间，我们也许能在重复出现的现象中找到答案，或者意识到问题源自航天器内部某些尚未完全理解的热学或工程细节。无论结果如何，最终能给出解释的，仍然只能是时间，以及科学家们持续不断的研究。
来源：iflscience（编译 / 整理：olaola）