旅行者1号探测器

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旅行者1号(英语:Voyager 1)是由美国宇航局研制的一艘无人外太阳系空间探测器[1]  重815千克,于1977年9月5日发射,截止到2015年7月仍然正常运作。它曾到访过木星及土星,是提供了其卫星高解像清晰照片的第一艘航天器。现时,它是离地球最远的人造飞行器。旅行者1号现时已经进入太阳系最外层边界,目前处于太阳影响范围与星际介质之间。它的主要任务在1979年经过木星系统、1980年经过土星系统之后,结束于1980年11月20日。它也是第一个提供了木星、土星以及其卫星详细照片的探测器。距今离地球最远的人造卫星。
中文名
旅行者1号探测器
外文名
Voyager 1
隶属组织
美国国家航空航天局(NASA)
制造国家
美国
NSSDC ID
1977-084A
姊妹探测器
旅行者2号
发射时间
1977年9月5日 12:56:00 UTC
质    量
815千克
发射地点
佛罗里达卡纳维拉尔角
发射载体
泰坦三号E半人马座火箭
目的星球
木星土星、外太阳系
功    耗
420W
目前状态
离开太阳系,进入宇宙空间

旅行者1号探测器任务目标

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旅行者1号原先的主要目标,是探测木星与土星及其卫星与土星环。任务也已变为探测太阳风顶,以及对太阳风进行粒子测量。两艘旅行者号探测器,都是以三块放射性同位素温差发电机作为动力来源。这些
飞行线路
飞行线路 (2张)
发电机已经大大超出了起先的设计寿命,一般认为它们在大约2020年之前,它们仍然可提供足够的电力令太空船能够继续与地球联系。
在顺利地借助了木星的引力后,太空船朝土星的方向进发。旅行者1号于1980年11月掠过土星,于11月12日最接近土星,距离土星最高云层124,000公里以内。太空船探测到土星环的复杂结构,并且对土卫六上的大气层进行了观测。由于发现了土卫六拥有浓密的大气层,喷气推进实验室的控制人员最终决定了让旅行者1号驶近一点土卫六进行研究,并随之终止了它继续探访其余两颗行星。结果造访天王星海王星的任务只得交予旅行者2号。这次靠近土卫六的决定使太空船受到了额外的引力影响,最终使太空船离开了黄道,终止了它的探索行星任务。
在太空飞行的旅行者1号飞船 在太空飞行的旅行者1号飞船
在2011年2月,就有迹象表明,“旅行者1号”已在之前某个时刻抵达了太阳系边缘的“过渡区”,这个过渡区就是太阳系与星际空间最后的交界处。“旅行者1号”已抵达边界处,也就是说,它将很快进入星际空间了。
一旦进入星际空间,“旅行者1号”将需要4万年的时间才能抵达下一个行星系。
至于“旅行者1号”上的电池,科学家说,探测器上携带两枚核电池,能够保证它继续飞行至2025年。一旦电池耗尽,“旅行者1号”将继续向银河系中心前进,再也回不来了。[2] 

旅行者1号探测器旅行日志

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1977年9月 5日12点56分在美国卡纳维拉尔角空军基地出发,离开地球。
1977年12月 赶上了率先一步离开地球的双胞胎兄弟“旅行者2号”。
1978年9月 离开小行星带
1979年3月 近距离“拜访”木星,看到了木星背阳面的极光。
1980年11月 近距离“探访”土星,发回万余幅彩色照片。
1989年 向银河系中心方向前进。
旅行者1号在2011年3月9日距离太阳大约116.406个天文单位,以光速往来航天器和地球间的无线电讯号耗时16.13个小时旅行者1号相对速度是17.062公里/秒或61,452公里/每小时(约38,185英里/每小时)。每年约3.599天文单位,比姊妹号旅行者2号快了10%。旅行者1号在这样的方位和速度下将会花上7万3千6百年的时间经过半人马座比邻星
2012年5月 已到达太阳系边缘。
2012年12月 美国科学家3日表示,正在太空“远征”的“旅行者1”号探测器仍未飞离太阳系,这表明太阳系可能比人类预想的还要广大。
2013年8月,NASA仍未确定旅行者1号是否飞出太阳系。
北京时间2013年9月13日凌晨2:00,NASA通过新闻发布会正式确认旅行者1号进入恒星际空间,尚属于太阳系中,离开太阳系系国内媒体误读验证的方式是借助2012年3月的日冕物质抛射测定。[3] 
北京时间2014年9月13日凌晨2点,美国国家航空航天局(NASA)召开新闻发布会,宣布37年前发射的“旅行者一号”探测器已经离开太阳系,正在飞向别的恒星。“旅行者一号”同时也是首个冲出太阳系的人类制造的飞行器,在人类的航空航天史上成为一座极具纪念意义的里程碑。[4] 
丧失功能时间表
年份
因电力有限而停止操作的功能
2007
停止等离子子系统运作
2008
停止行星无线电天文实验
2010
停止扫描平台及紫外线分光计观测
2015停止数据磁带机运作
约2016
停止回转仪运作
2020开始关闭科学仪器
2025或之后
没有足够电力供应任何单一仪器

旅行者1号探测器飞行履历

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旅行者1号探测器发射升空

旅行者1号最初计划属于水手计划里的水手11号太空船,它的设计利用了属于当时的新技术引力加速。
“旅行者”号飞船原型 “旅行者”号飞船原型
幸运的是,这次任务刚巧碰上了176年一遇的行星几何排列。太空船只需要少量燃料以作航道修正,其余时间可以借助各个行星的引力加速,以一艘太空船就能造访太阳系里的四颗气体行星:木星、土星天王星海王星。两艘姊妹船旅行者1号及2号就是为了这次机会而设计,它们的发射时间是被计算过以便尽量充分利用这次机会。亦拜这次机会所赐,两艘太空船只需要用上12年的时间就能造访四个行星,而非一般的30年时间。
旅行者1号在1977年9月5日于佛罗里达州的卡纳维尔角,被搭载在一枚泰坦3号E半人马座火箭上发射升空。刚好于旅行者2号在同年8月20日的发射之后不久。虽然发射时间较2号为后,但它却被发射进较快的轨道之中,让它又比2号快一点到达木星及土星。最初,因为在泰坦3号E火箭燃烧过程的第二阶段里出现了约一秒钟的燃烧不足,使地面的工作人员曾担心会使太空船因此而不能到达木星。后来幸好证实了在半人马座的上层仍有足够的燃炓燃烧。

旅行者1号探测器木土两星

在木星周围拍摄的照片
在木星周围拍摄的照片 (10张)
旅行者1号发射后,首次在1979年1月开始对木星进行拍摄。在同年的3月5日离木星最接近,只距离木星中心349,000公里。由于在如此近距离略过,太空船在48小时的近距离飞行时间中,得以对木星的卫星、环、磁场以及辐射环境作深入了解及高解像度拍摄。整个拍摄过程最终于四月完成。
两艘太空船对木星及其卫星作出了不少重要发现,最令人惊讶的是在木卫一上发现了火山活动。这是当时并没有在地球上观察得到,就连先驱者10号及11号也未有观察得到。
在顺利地借助了木星的引力后,太空船朝土星的方向进发。
拍摄的土星照片
拍摄的土星照片 (2张)
旅行者1号于1980年11月掠过土星,11月12日最接近土星,距离土星最高云层124,000公里(77,000英里)以内。
在离开土星后,旅行者1号被美国太空总署形容为进行星际探索任务。估计两艘旅行者太空船上的电池,均能够提供足够电力至2025年,供船上一部份的仪器操作。(注:下表中的“停止资料终端就绪运作”表明只能以70米/34米天线阵来接收每秒1.4位元的资料)

旅行者1号探测器日球层顶

喷气推进实验室的科学们正使用载于船上的等离子体波实验来验证日球层顶的存在。
旅行者1号探测器抵达太阳系边缘示意图 旅行者1号探测器抵达太阳系边缘示意图
喷气推进实验室收到来自旅行者1号探测器的汇报:探测器上的低能带电粒子仪数据表明,由太阳发射的低能带电粒子流抵达旅行者1号所处的位置时,其速度已经降为零。而在2011年2月,太阳风的已经开始出现停滞。2013年9月12日,美国宇航局官方证实旅行者1号探测器已经成功飞出太阳系,进入星际空间。进入星际空间,“旅行者”1号将需要4万年的时间才能抵达下一个行星系。因此,正如已故美国天文学家、科普作家卡尔·爱德华·萨根所说,只有在星际空间中存在有能力进行太空旅行的高级生命时,探测器上的唱片才可能遇到目标并被播放。但卡尔还是高度评价这一举动的意义,他说:“向浩瀚的宇宙中发射这个东西,表明这个行星(地球)上的生命的未来还是很有希望的。”
距离地球四十亿米时旅行者一号拍摄的地球 距离地球四十亿米时旅行者一号拍摄的地球
在这个过程中,卡西尼探测器的离子与中性粒子质谱仪发挥了很大的作用,该粒子质谱仪的数据从来未被公开过,其主要作用就是收集来自太阳系以外进入太阳系的中性粒子的数据。马里兰州约翰霍普金斯大学应用物理实验室正是对卡西尼探测器磁层分析仪以及离子与中性粒子质谱仪的数据分析,并结合旅行者1号低能带电粒子探测仪关于太阳系边缘带电粒子的分布情况而得出结论。这是一次地球与处于太阳系边界的信息交流,也是第一次发现旅行者1号提前抵达过渡区。在2011年11月7日,旅行者1号的位置在赤经17.184时、赤纬12.14°之处,并且是在黄道34.9°纬度位置, 从地球上观测来看它是朝向蛇夫座前进,距离地球大约119.488个天文单位。以光速沟通于航天器和地球之间的无线电讯号大约耗时16.13个小时。(以一个例子作比较,距太阳最近的恒星,半人马座比邻星距离地球大约4.2光年,也就是26万5千个天文单位)旅行者1号相对速度是17.062公里/秒或61,452公里/每小时(约38,185哩/每小时)。这样的速度大约是每年3.599个天文单位,比姊妹号旅行者2号快了10%。。旅行
旅行者1号搭载的金盘 旅行者1号搭载的金盘
者1号并没有朝向任何特定的星座前进,在这样的方位和速度下,4万年后它会在1.6光年的距离经过蛇夫座的AC+79 3888恒星,7万3千6百年的时间经过半人马座比邻星。这个恒星大体上来讲正以每秒119公里的速度朝向太阳系移动。美国宇航局每天持续用深空网络对旅行者1号做追踪,这个网络会以旅行者1号的无线电讯号来测量高度和方位角,并且也会测量地球与旅行者1号之间的距离。
在2006年3月31日,来自德国AMSAT(业余无线电卫星通讯组织)追踪并接收到来自旅行者1号的数据,他们于波鸿使用了一台20米的碟型天线配合长观测时间技术。其后那些数据与深空网络位于西班牙马德里的观测站获取的数据进行了校对及验证。
2012年6月17日,位于美国加利福尼亚州的美国航天局(NASA)喷气推进实验室发布声明称,1977年发射的“旅行者1号”探测器发回的数据显示,它已抵达太阳系边缘。这个在太空中孤独旅行35年的探测器将有望成为首个脱离太阳系的人造物体。如果除去消息传播的时间,那么旅行者1号到达太阳系边缘的时间为2012年5月。
航天局表示,过去3年中,“旅行者1号”上携带的两个高能望远镜接收到越来越多的宇宙射线,上个月,来自太阳系外的宇宙射线数量急剧增加。此外,探测器感测到的高能粒子数量也出现变化,这些源自太阳的粒子数量有所下降。基于这些数据,项目科学家得出结论:“人类向星际空间派出的首个使者已在太阳系边缘”。
“旅行者1号”越接近太阳风的边缘,穿透探测器上的过滤装置的宇宙粒子就越多。 2012年5月7日,这种现象突然加剧。到7月初稳定下来,这只能解释为‘旅行者’1号正在穿过太阳系和星际物质的交界。理论上认为这里是一个狭窄的不稳定区域,被称为‘太阳层顶’。而这个探测器飞出太阳系的时刻令人激动,因为这是人造物体首次脱离太阳系。
如果美国航天局的测量工具证实“旅行者”1号飞出太阳系,我们将能最终得知太阳系的确切体积。知道它的厚度大约为0.5个天文单位(1个天文单位是地球至太阳的平均距离,约为1.5亿公里),距离太阳120个天文单位。

旅行者1号探测器离开太阳系

有报道称旅行者1号已完全飞出太阳系,但专家称旅行者1号飞出太阳系系误读,翻译有误
报道说“旅行者1号”探测器已经离开太阳系,到达太阳系外各恒星之间空旷的恒星际空间超过一年时间,成为第一个离开太阳系的人造探测器。北京天文馆馆长朱进的第一反应就是不可能:飞出太阳系外肯定是翻译的问题,翻译得不太对。它应该离出太阳系还早着呢,要至少3万年才能飞出去。
在美国宇航局网站,关于旅行者号的报道通篇下来,并没有看到飞出太阳系的原话,NASA的确说这是历史性的航程,但飞进的是星际空间。
朱进说,其实有关旅行者号飞出太阳系的传闻已经不是第一次出现了,之前国内外媒体都有过这样的误读。
虽然我们在有生之年都等不到旅行者飞出太阳系,但是这不代表它的旅行没有意义虽然浩瀚的宇宙使我们地球上发生的事情都像是茶杯里的风波,但是这蜗牛般的探索代表着人类无限的求索,
中国空间技术研究院研究员庞之浩:美国航空航天局的标准是三条,但是天文界有自己的标准,得看是按照什么标准来算。航天局的标准一个是太阳的照能粒子大大减少了所飞的区域,第二条标准是太阳系外的低能宇宙射线大大增加,第三个是磁场发生了明显的变化,它按照这个标准来算是可以飞出太阳系的。但是如果你按照有些天文界的说法那就飞不出去了。[5] 

旅行者1号探测器“海啸波”穿越星际空间

作为迄今为止唯一闯入星际空间的人造航天器,NASA的“旅行者1号”(Voyager 1)探测器已经经历了3场激波的洗礼。先前经历过的那场激波,帮助科学家确定了“旅行者1号”已经进入星际空间。而最近经历的这场激波,始于2014年2月,至今似乎仍在持续。[6] 
按照最新的观测结果,“旅行者”1号从今年年初开始经历的这场“海啸波”,至今仍在向外传播。这是科学家在星际空间观测到的最为持久的激波。[6] 
美国艾奥瓦大学的物理学教授唐·格尼特(Don Gurnett)说:“大多数人以前认为,星际介质应该是均匀而又宁静的。但这些激波看起来似乎比我们先前认为的要更加常见。”在12月15日[6]  于旧金山召开的美国地球物理学会年会上,格尼特介绍了最新的观测数据。
这样的“海啸波”之所以会发生,是因为太阳会爆发日冕物质抛射,将带有磁场的一大团等离子体云从太阳表面抛射出来。这个过程会产生一个压力波。当这个压力波撞上星际空间中的等离子体时,就会产生一个激波,扰乱星际介质。
“旅行者”任务项目科学家、加州理工学院的埃德·斯通(Ed Stone)说:“这样一场‘海啸’会导致那里的电离气体发生振荡,就像一口钟那样振动起来,翁翁作响。”
这是“旅行者1号”经历的第3场激波。[6]  第一场激波发生在2012年10月到11月,第二场发生在2013年4月到5月,揭示出星际空间中的等离子体密度越来越高。最近这场激波,则是“旅行者1号”在今年2月观测到的,截至11月的数据表明,这场激波仍在持续。在此期间,“旅行者1号”已经向外飞行了4亿千米。
NASA戈达德航天中心的退休天体物理学家伦纳德·布拉格(Leonard Burlaga)说:“这一惊人的事件提出了新的问题,将激励科学家对星际介质中激波的本质展开新的研究。[6]  ”布拉格对“旅行者1号”发回的磁场数据进行了分析,这是得出这些结构的关键所在。
科学家还不清楚,这场“海啸波”持续时间如此旷日持久到底意味着什么。他们也不清楚这个波正以多快的速度移动,不清楚它覆盖了多大的一片区域。[6] 
“旅行者1号”2013年经历的第二场“海啸波”,帮助科学家最终判定这个探测器离开了日球层(heliosphere)。[6]  所谓“日球层”,是指太阳风吹出来的大气泡,包围在太阳周围,也包裹住了太阳系里的所有行星。当时,“旅行者1号”更加频繁地穿越了由更致密的等离子体构成的“环带”,物质密度经先前测量的数值高出40倍。正是这些数据让科学家最终得出结论,“旅行者1号”已经进入了此前没有任何航天器闯入过的全新领域——星际空间。
“‘旅行者1号’飞得越远,等离子体的密度就越高,”斯通说,“这是因为星际介质本身就变得越来越致密,还是受到了这个激波的影响?我们现在还不知道。”
作为“旅行者1号”上等离子波探测设备的首席研究员,格尼特预计这样的激波会传播到太空中很远的地方,甚至可能比“旅行者1号”现在到太阳的距离还要再远上1倍。[6] 
“旅行者1号”和“旅行者2号”,都是在1977年被发射上天的。两个探测器都飞掠了木星和土星。“旅行者2号”还飞掠了天王星和海王星。比“旅行者1号”早发射16天的“旅行者2号”,是目前持续运行时间最长的航天器,预计也将在未来几年内进入星际空间。[6] 

旅行者1号探测器遭遇磁异常

2015年,旅行者一号的磁感应系统传回了许多异常的信号,相关科学家解释道:目前旅行者一号飞船正通过某种介质进行着磁场的转变,并且,这种变化是十分鲜明的。这或许意味着旅行者一号正在或已经脱离了太阳系,进入到了宇宙空间当中![7] 
除此之外,目前还有一项证据表明了旅行者一号已经脱离了太阳系。就是其所捕捉到的射线的转变,由ACR 射线转变为GCR 射线,而这种射线通常是来自于太阳系以外的地方的。[7] 
据悉,旅行者一号的速度为17.043 公里/秒,按照之前的计算,它应该在2012年8月的时候脱离太阳系进入宇宙空间,而出于某些未知的原因, 在此之前它仍然处在太阳的磁场范围内,但也已经处在了非常边缘的位置了。旅行者一号上面所携带的两枚核电池将支持它持续工作到2025年,在那之后,或许人类将失去对它的联系。而它也将向一个漂流瓶一样,向着宇宙深处孤独的走下去,直到被另一个人所捡起。[7] 

旅行者1号探测器搭载物品

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旅行者金唱片
在2006年,旅行者探测器将会是第三和第四件人造物件离开整个太阳系。其实先驱者号计划的10号
旅行者1号携带的铜质镀金唱片 旅行者1号携带的铜质镀金唱片
11号早已于1972年及1973年分别被发射上太空,早过旅行者探测器脱离太阳的引力,及携有一块细小的先驱者镀金铝板以说明他们被发射的时间和地点,以便于任何在不久的将来发现它们的太空探险者辨识。
美国国家航空航天局以先驱者的例子为基础,设计了一个更加复杂及详细的讯息板,置于旅行者探测器之上。新的讯息板更像一个时间囊,打算向外太空的其他生物诉说我们人类身处的世界。
旅行者1号上携带了一张铜质磁盘唱片,它的外径为12英寸,镀金表面,内藏金刚石留声机针。这意味着即使是十亿年之后,这张唱片的音质依然和新的一样。它的内容包括用55种人类语言录制的问候语和各类音乐,另外,磁盘上还有115幅影像,包括太阳系各行星的图片、人类的性器官图像及说明等,这些数据旨在向“外星人”表达人类的问候。55种人类语言中包括了古代美索不达米亚阿卡得语等非常冷僻的语言,以及四种中国的方言(普通话、闽南语、粤语、吴语)。[8]  各个问候语的表述句子全部不一样。唱片还包括了以下内容:
时任联合国秘书长库尔特·瓦尔德海姆的问候。
时任美国总统卡特的问候,内容是:“这是一份来自一个遥远的小小世界的礼物。上面记载着我们的声音、我们的科学、我们的影像、我们的音乐、我们的思想和感情。我们正努力生活过我们的时代,进入你们的时代。”
唱片内还包括一个90分钟的声乐集锦,主要包括地球自然界的各种声音以及27首世界名曲,其中有中国古曲《流水》、莫扎特的《魔笛》和日本的尺八曲等。一共有115幅影像,太阳系各行星的图片、人类生殖器官图像及说明等。[8] 
另外,唱片封套上也包括了一块高纯度的铀238。由于已知其衰变为239的半衰期约为41.7亿年,这样捕获此唱片的外星生命即可据此推算出探测器的发射日期。

旅行者1号探测器55种语言

选取世界上55种语言,录成问候语,循环播出。其中中国语言被选入四种。
普通话(中国官方语言)
粤语(中国方言)
闽南语(中国方言)
吴语(中国方言)
伊拉族语(赞比亚
恩古尼语
亚拉姆语
[9] 

旅行者1号探测器古典音乐

90分钟的声乐集锦集合了不同文化的古典音乐,共27首,其中包括:
德国- 巴赫“F大调第二勃兰登堡协奏曲第一乐章”,由慕尼黑巴赫管弦乐团演奏,由卡尔·李希特指挥。4分40秒
爪哇- “花的种类”,由Pura Paku Alaman以甘美朗演奏,由K.R.T. W
金唱片中关于中国图片之一-长城 金唱片中关于中国图片之一-长城
asitodipuro指导,由罗伯特·布朗录制。4分43秒
塞内加尔- 敲击乐,由查理士·杜代尔(Charles Duvelle)录制。2分08秒
刚果民主共和国- 俾格米女子创始曲,由柯林·特恩布尔录制。56秒
澳大利亚- 澳大利亚原住民歌曲“星晨”及“邪恶鸟”,由Sandra LeBrun Holmes录制。1分26秒
墨西哥- “El Cascabel”(门铃)由Lorenzo Barcelata及Mariachi México演奏。3分14秒
美国- “Johnny B. Goode”由Chuck Berry作曲及演奏。2分38秒
新几内亚 - 男士家歌,由Robert MacLennan录制。1分20秒
日本- 尺八“鹤の巣篭もり”(鹤巢),由山口吾郎演奏。4分51秒
德国/比利时- 巴赫“Gavotte en rondeaux”(回旋的嘉禾舞)来自小提琴E大调第3组曲,由Arthur Grumiaux演奏。2分55秒
奥地利/德国 - 莫扎特“Die Zauberflöte”(魔笛),第14号夜后咏叹调,女高音莫泽尔,由巴伐利亚州歌剧院,由沃尔夫冈·萨瓦利希指挥。2分55秒
格鲁吉亚- 合唱团“Tchakrulo”,节录自莫斯科电台。2分18秒
秘鲁- 排笛和鼓,节录自文化之家,利马。52秒
美国 - 忧郁蓝调,由路易·阿姆斯壮和他的乐队演奏。3分5秒
阿塞拜疆- 风笛“Ugam”,由莫斯科电台录制。2分30秒
俄罗斯/法国/美国 -斯特拉文斯基“春之祭”古代舞,哥伦比亚交响乐团,由斯特拉文斯基指挥。4分35秒
德国/加拿大- 巴赫“平均律钢琴曲集第二卷,C调前奏曲及赋格第一号”,由格连·古尔德以钢琴演奏。4分48秒
德国/英格兰 -贝多芬“第五交响曲第一乐章”,爱乐管弦乐团,由奥托·克伦佩勒指挥。7分20秒
保加利亚- “Излел е Делю хайдутин”(Izlel je Delyo Hajdutin)由Valya Balkanska演唱。4分59秒
美国 -纳瓦伙印第安人,夜曲,由洛狄斯录制。57秒
英格兰 -安东尼·霍伯恩“仙女围绕”来自《帕凡舞、三拍子舞蹈、德国土风舞及其他短曲调》,由大卫·门罗及伦敦古乐合奏团演奏。1分17秒
金盘包含的图片
金盘包含的图片 (12张)
所罗门群岛- 排笛,节录自所罗门群岛广播服务。1分12秒
秘鲁 - 结婚曲,由高约翰录制。38秒
中国 - 古琴曲《流水》,由管平湖演奏。7分37秒
印度- 百拉米拉加“Jaat Kahan Ho”由Surshri Kesar Bai Kerkar作曲。3分30秒
美国 - “黑暗是夜晚,寒冷是平地”,由盲眼威利作曲及演奏。3分15秒
德国/匈牙利- 贝多芬“降B大调第13弦乐四重奏”,著作130,独唱短曲,由布达佩斯弦乐四重奏演奏。6分37秒
金盘上面的图片是一些体现人类文明现状和特点的图片,但同时也刻意未发布一些关于核爆炸蘑菇云,或者关于贫穷和疾病的图像。
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