「旅行者」飛船姊妹攜手,穿越星際空間,探索太空深處的奧秘

2021-01-09 騰訊網

1977年8月20日，旅行者2號從佛羅裡達州卡納維拉爾角發射升空。這是有史以來第一艘從外部觀察太陽系的太空飛行器。

圖解：太陽系的規模和旅行者2號。圖源：NASA

當時，沒有辦法知道宇宙飛船是否可以穿越星際空間，或者它是否能夠在太空深處進行如此漫長的旅程。

但截至去年，旅行者2號和它的姊妹飛船「旅行者1號」都已進入星際空間。它們穿越的差異給了科學家們一個獨特的機會來比較旅行者1號和2號收集的數據。這些數據也使科學家能夠像觀察銀河系其他恆星一樣觀察太陽——從我們太陽系周圍的邊界向外看。將這兩個飛船交叉點進行比較，該初步結果發表在本周的《自然天文學》雜誌上。

速度更快的旅行者1號飛船，於2011年穿越星際空間。而且，時隔40多年，在2018年11月5日，旅行者2號也實現了飛躍。這兩艘飛船在不同的位置穿透了日光層——旅行者1號在北半球，而旅行者2號在南半球穿過。

圖解：旅行者號飛船在太陽系與當地星際介質相遇的區域發現的示意圖。美國宇航局「旅行者1號」（V1）和「旅行者2號」（V2）飛船的當前位置以天文單位顯示，1 AU等於1.5億公裡或9300萬英裡。在這些距離下，旅行者1號和旅行者2號以光速傳播的無線電信號分別需要20小時31分鐘和16小時58分鐘。圖中顯示了太空飛行器沿不同尺寸的軌跡。圖源：NASA

早該如此

愛德華·斯通是旅行者號任務的項目科學家，他在宣布這一發現的新聞發布會上說：「我們當然不知道宇宙飛船的壽命是否足夠長，能長到離開氣泡進入星際空間。」

他說：「太陽圍繞著它形成的這個泡泡有多大，我們沒有很好的量化概念。」

圖解：航海家號宇宙飛船的一張插圖，被派去探索星際空間。圖源：NASA

「泡泡」是指太陽圍繞它和它的附屬行星所形成的邊界。太陽發出的太陽風與來自星際空間的風相互作用，形成一個超出行星軌道的日光層。日光層還保護地球和太陽系的其他部分免受來自銀河系其他地方的潛在破壞性宇宙射線的傷害。

圖解：太陽風與地球磁場相撞時產生湍流能量。當運動電荷分解並重新連接時，能量形成高速電子射流。圖源：NASA

丹·瑞森費爾德是洛斯阿拉莫斯國家實驗室的科學家，他沒有參與這項研究，他說，天文學家們把賭注押在了什麼時候能穿過。

瑞森費爾德告訴美國在線科技新聞雜誌《逆》：「旅行者的名聲來自它對行星的探索，後來它安靜了好幾年，因為它只是在穿越行星之外的太空深處旅行。」

旅行者2號成功穿越太空深度的消息特別令人興奮，因為船上有一個工作的等離子儀器。不幸的是，旅行者1號的儀器在20世紀80年代遭到損壞。這一工具對於確定太陽從日光層內的熱等離子體到該邊界以外更冷、更密集的物質的轉變至關重要。

因為它們發生在不同的地點，也發生在太陽磁周期的不同點上，所以這兩個太空飛行器收集到的數據是完全不同的。例如，旅行者2號揭示了一個比旅行者1號更平滑、更薄的日光層邊界，磁場更強。

第二組數據也讓我們更好地了解了日光層的形狀。

瑞森費爾德說：「當旅行者2號穿越太陽層頂時，它向我們展示了我們的日光層不是標準的圓形，而是不對稱的。」

從外面往裡看

這次任務的觀測可以幫助科學家了解星際空間是如何影響太陽的，以及太陽是如何影響其銀河系環境的。

旅行者號的測量表明，太陽邊界以外的星際介質是不穩定的，並且受到太陽風和銀河風相互作用的影響。日光層保護地球不受宇宙輻射的影響，只有大約30%的輻射穿過這個保護泡。

圖解：旅行者號宇宙飛船在不同的地點和不同的時間穿透了日光層。圖源：NASA

斯通在通話中說：「通過了解日光層的屏蔽效應，我們將對太陽層如何隨著星際介質的變化而隨時間變化有一些了解。如果最近在其附近發生的一些事件導致氣壓升高，這將日光層被壓縮，輻射將更強烈。」

普林斯頓大學天體物理科學系的科學家傑米·蘭金指出了旅行者2號穿越的其他重要數據。

蘭金告訴《逆》：「旅行者1號穿越時有一些未解決的問題，人們期待著旅行者2號能夠分辨出星際介質中的溫度。時間差使我們對太陽如何影響這一地區以及太陽天氣有一些了解。」

圖解：從太陽到最近恆星的星際介質的豐富程度。圖源：innovationtoronto

旅行者2號的估計壽命還剩5年，因此隨著它繼續探索星際空間，它將繼續反饋對星際介質的測量。

蘭金說：「既然我們大多數時間都是從內而外研究我們自己的恆星，那麼我們能從中發現什麼呢？」

旅行者2號發射時，蘭金還沒有出生，她用從任務中收集到的數據寫了她的博士後論文。她計劃繼續使用未來的任務數據來回答一些關於我們的主星的問題。

蘭金問道：「大局是什麼？如果有人遠程觀察我們，像我們觀察其他恆星一樣觀察我們的恆星，我們會是什麼樣子？在某種程度上，我們可以回頭看看自己。」

作者: Passant Rabie

FY: 武薇

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