NASA旅行者二號探測器發(fā)現(xiàn)星際空間比我們所想象的還要更加怪異

2025-12-10 00:50:37 分類：熱點 閱讀(9654)

這張插畫顯示美國航天總署（NASA）航海家一號和航海家二號探測器已經(jīng)位在太陽圈（heliosphere）之外。現(xiàn)星想象 太陽圈是際空間比太陽產(chǎn)生的保護性氣泡，范圍遠遠延伸超過冥王星軌道。更加怪異 ILLUSTRATION BY NASA/JPL-CALTECH

旅行者一號和旅行者二號的偉大旅程
（神秘的地球uux.cn報道）據(jù)美國國家地理（撰文：MICHAEL GRESHKO 編譯：邱彥綸）：旅行者二號（Voyager 2）是有史以來第二艘穿越我們與銀河系期它部分邊界的宇宙飛船。
美國航天總署的探測旅行者二號在離家數(shù)十億公里的暗黑太空之中，為太空探索立下了里程碑，現(xiàn)星想象在2018年11月，際空間比成為有史以來第二艘進入星際空間的更加怪異宇宙飛船。 值此周年之際，旅行科學(xué)家發(fā)表了當(dāng)時旅行者二號穿越邊界時所觀測到的探測情況，這讓人類對太陽系的現(xiàn)星想象某些重大奧秘有了嶄新的理解。
五篇刊登在11月7日出版的際空間比《自然天文學(xué)》（Nature Astronomy）期刊的文章，發(fā)表了這些最新發(fā)現(xiàn)，更加怪異這是首度有宇宙飛船直接對充斥星際空間和太陽系最遠范圍的帶電霧霾──或電漿──進行采樣。 這也是旅行者二號宇宙飛船的另一次「第一」，它在1977年發(fā)射升空后首度（也是唯一一次）飛越冰質(zhì)巨行星天王星和海王星。
旅行者一號在2012年完成了同樣的壯舉，而旅行者二號追隨著他的兄弟沖向星際空間。 這兩艘宇宙飛船收集到的數(shù)據(jù)有許多共同特征，像是它們在星際空間所遭遇到的粒子總密度。 但有趣的是，這對雙胞胎宇宙飛船在離開太陽系時也看到了一些關(guān)鍵差異，讓我們對太陽在銀河系中的運動又有了新的疑惑。
加州理工學(xué)院（California Institute of Technology）的旅行者號計劃科學(xué)家──物理學(xué)家埃德． 史東（Ed Stone）在新聞發(fā)布會上這么說：｢這確實是一趟美妙的旅程。 」
「人類能夠探索星際空間真是令人興奮，」未參與這項研究的普林斯頓大學(xué)（Princeton University）博士后研究員──物理學(xué)家杰米． 蘭金（Jamie Rankin）補充說道，「自旅行者一號穿越太陽系邊界以來，我們就成為星際旅行者了。 但現(xiàn)在旅行者二號的穿越令人更加興奮，因為我們現(xiàn)在可以比較星際介質(zhì)中兩個非常不同的位置。 」
美國航天總署的旅行者二號在離家數(shù)十億公里的暗黑太空之中，為太空探索立下了里程碑，在2018年11月，成為有史以來第二艘進入星際空間的宇宙飛船。 值此周年之際，科學(xué)家發(fā)表了當(dāng)時旅行者二號穿越邊界時所觀測到的情況，這讓人類對太陽系的某些重大奧秘有了嶄新的理解。
五篇刊登在11月7日出版的《自然天文學(xué)》（Nature Astronomy）期刊的文章，發(fā)表了這些最新發(fā)現(xiàn)，這是首度有宇宙飛船直接對充斥星際空間和太陽系最遠范圍的帶電霧霾──或電漿──進行采樣。 這也是旅行者二號宇宙飛船的另一次「第一」，它在1977年發(fā)射升空后首度（也是唯一一次）飛越冰質(zhì)巨行星天王星和海王星。
旅行者一號在2012年完成了同樣的壯舉，而旅行者二號追隨著他的兄弟沖向星際空間。 這兩艘宇宙飛船收集到的數(shù)據(jù)有許多共同特征，像是它們在星際空間所遭遇到的粒子總密度。 但有趣的是，這對雙胞胎宇宙飛船在離開太陽系時也看到了一些關(guān)鍵差異，讓我們對太陽在銀河系中的運動又有了新的疑惑。
加州理工學(xué)院（California Institute of Technology）的旅行者號計劃科學(xué)家──物理學(xué)家埃德． 史東（Ed Stone）在新聞發(fā)布會上這么說：｢這確實是一趟美妙的旅程。 」
「人類能夠探索星際空間真是令人興奮，」未參與這項研究的普林斯頓大學(xué)（Princeton University）博士后研究員──物理學(xué)家杰米． 蘭金（Jamie Rankin）補充說道，「自旅行者一號穿越太陽系邊界以來，我們就成為星際旅行者了。 但現(xiàn)在旅行者二號的穿越令人更加興奮，因為我們現(xiàn)在可以比較星際介質(zhì)中兩個非常不同的位置。 」
泡泡內(nèi)部
要了解旅行者二號的最新發(fā)現(xiàn)，我們得先了解太陽并不是顆安靜燃燒的光球。 我們的恒星是座翻騰不已的核熔爐，以每小時約72萬4000公里的速度在銀河系中飛馳，繞著銀河系中心繞行。
太陽還會因為扭曲的辮狀磁場而分裂，因此表面不斷散發(fā)出稱為太陽風(fēng)（solar wind）的微弱帶電粒子流。 一陣陣的太陽風(fēng)伴隨著太陽磁場，向四面八方高速奔馳，最后太陽風(fēng)會撞上星際介質(zhì)──遠古恒星爆炸產(chǎn)生的碎片四散在恒星之間的太空。
就像是油和水一樣，太陽風(fēng)和星際介質(zhì)不會完美地混合在一起，因此太陽風(fēng)在星際介質(zhì)中形成了一個稱作「太陽圈」的泡泡。 根據(jù)旅行者號的數(shù)據(jù)，這個氣泡的前緣從太陽向外延伸約177億公里，包覆住太陽、八顆行星以及繞著這顆恒星運行的許多外圍天體。 太陽圈相當(dāng)重要，能夠保護屏蔽其中的所有物體，包括讓我們脆弱的DNA不受大多數(shù)來自銀河系最高能量輻射的危害。
太陽圈最外層的邊緣稱為「日球?qū)禹敗梗╤eliopause），這里代表著星際空間的起始之處。 理解這個邊界，對我們了解太陽穿越銀河系的旅程來說相當(dāng)具有啟發(fā)性，這反過來又可以告訴我們更多有關(guān)散布在宇宙中其他恒星的情況。
「我們試圖了解邊界的性質(zhì)，這兩種風(fēng)在這里碰撞并混合在一起，」史東在簡報中表示，「它們?nèi)绾位旌希卸嗌傥镔|(zhì)從氣泡的內(nèi)部流到外部，又有多少物質(zhì)從氣泡的外部流到內(nèi)部呢？ 」
科學(xué)家是在2012年8月25日旅行者一號首度進入星際空間時，才首度得以一窺日球?qū)禹敗?起初的觀測結(jié)果讓他們傷透腦筋。 像是研究人員現(xiàn)在知道星際磁場比預(yù)期強了大約二至三倍，這表示星際粒子在太陽圈上施加的壓力比先前認為的還要大上十倍。
美國航天總署總部的計劃科學(xué)家──物理學(xué)家派崔克． 科恩（Patrick Koehn）說：「這是我們首度能夠真正體驗星際介質(zhì)的平臺，因此這艘宇宙飛船是個名符其實的開創(chuàng)先鋒。 」
滲漏的邊界
盡管旅行者一號顛覆了科學(xué)家的預(yù)期，但它所帶來的啟示仍不夠完備。 旅行者一號用來測量電漿溫度的儀器早在1980年就已經(jīng)停止運作。 不過旅行者二號的電漿儀器仍能正常運作，因此當(dāng)它在2018年11月5日越過日球?qū)禹敃r，科學(xué)家可以對這個邊界有更清楚的認識。
這讓研究人員首度觀測到，當(dāng)物體抵達距日球?qū)禹敳坏?.3億公里時，它周圍的電漿速度會變得更慢、溫度上升且更為稠密。 在邊界的另一側(cè)，星際介質(zhì)的溫度至少有攝氏3萬度，這比預(yù)期的溫度還要更高。 但此處的電漿非常稀薄且彌散，因此旅行者號探測器周圍的平均溫度仍然相當(dāng)?shù)汀?br>此外，旅行者二號證實了日球?qū)禹斒莻€滲漏的邊界──而且兩個方向都會滲漏。 在旅行者一號穿過日球?qū)禹斨埃杆俅┰搅诵请H粒子往日球?qū)禹敂D壓形成的卷須──就像是樹根向內(nèi)穿入巖石那樣。 但是旅行者二號看到了低能量粒子的細流，往日球?qū)禹斚蛲庋由爝_數(shù)億公里之遠。
當(dāng)旅行者一號進入日球?qū)禹?3億公里之內(nèi)時，另一個謎團出現(xiàn)了，它進入了一個像是邊境的區(qū)域，在那里向外的太陽風(fēng)逐漸減速。 在穿越日球?qū)禹斨埃眯姓叨栍^測到太陽風(fēng)形成了一種完全不同的層次，奇怪的是這層的寬度幾乎與旅行者一號所見的停滯層相同。
「那非常、非常奇怪，」科恩說，「這的確告訴我們，還需要更多的數(shù)據(jù)。 」
星際續(xù)集？
想要解決這些難題，得對整個太陽圈有更深入的認識。 旅行者一號在靠近太陽圈的前緣處離開，與星際介質(zhì)發(fā)生碰撞；而旅行者二號則沿著太陽圈的左側(cè)離開。 我們沒有太陽圈尾流的數(shù)據(jù)，因此太陽圈的整體形狀仍然成謎。 星際介質(zhì)的壓力可能會使太陽圈大致保持球形，但也可能有像彗星一樣的尾巴，或者是像牛角面包一樣的形狀。
但是，盡管其他宇宙飛船目前正在向外飛行，但未來它們無法從日球?qū)禹攲?shù)據(jù)送回地球。 美國航天總署的新視野號（New Horizons）宇宙飛船正在以超過每小時5萬公里的速度向外離開太陽系，并且會在2030年代耗盡電力，將在距太陽圈外緣不到16億公里的地方陷入沉寂。 這就是旅行者號計劃的科學(xué)家和其他人呼吁進行后續(xù)星際探測的原因。 目標是為期50年的多世代任務(wù)，在前往太陽風(fēng)以外的未探索區(qū)域時，也能探測太陽系的外圍區(qū)域。
「這里是整個泡泡，我們只從其中的兩點穿越，約翰． 霍普金斯大學(xué)（Johns Hopkins University）應(yīng)用物理實驗室（Applied Physics Laboratory）太空系的榮譽系主任斯塔瑪提奧． 克里明吉斯（Stamatios Krimigis）在簡報中說表示，「兩個觀測點是不夠的。 」
新一代的科學(xué)家也渴望握著接力棒向前奔跑，其中包括在加州理工學(xué)院獲得博士學(xué)位的蘭金，她的論文是有關(guān)旅行者一號的星際數(shù)據(jù)，史東則是她的指導(dǎo)教授。
「處理在我出生前發(fā)射宇宙飛船的最新數(shù)據(jù)真是太神奇了，」她說：「我真的很感謝所有在旅行者號上花費了這么多時間的人。 」