「先驅者11」號有望第三個進入星際空間

2020-12-04 中國新聞網

　　「先驅者11」號有望第三個進入星際空間
　　繼「旅行者」姊妹花後，或在2027年飛出太陽系

　　太陽的日光層保護地球免受宇宙輻射。其形狀不斷變化，使科學家很難預測太空飛行器何時越過這一邊界進入星際空間。圖片來源：美國太空網

　　今日視點

　　本報記者 劉 霞

　　2018年12月，美國國家航空航天局（NASA）的「旅行者2」號（Voyager 2）太空飛行器追隨其姊妹「旅行者1」號的步伐，挺進星際空間，實現了這一歷史性的壯舉。

　　據美國太空網1月30日報導，目前業已發射的太空飛行器中，只有5艘能邁出如此大的步伐，有實力進入星際空間。除了大名鼎鼎的「旅行者」號姊妹花外，其他3艘分別為「先驅者10」號（Pioneers 10）、「先驅者11」號（Pioneers 11）以及「新視野」號（New Horizons）。那麼，哪艘太空飛行器會率先進入星際空間呢？

　　根據這3艘太空飛行器目前的行進速度、與地球和太陽的距離，如果日光層的變化保持穩定，「先驅者11」號將在2027年穿過日球層頂（日光層像氣泡，日球層頂是日光層的邊緣），進入星際空間。

　　太陽系的邊界在哪

　　到達星際空間是一個裡程碑，從某種程度上講，可以被認為離開了太陽系。1990年2月23日，於1973年發射的「先驅者11」號成為第四艘飛越海王星軌道的太空飛行器（1972年發射的「先驅者10」號於1983年做到這一點），當時《紐約時報》稱，「先驅者」號太空飛行器飛越海王星軌道，意味著它們離開了太陽系。

　　然而，參與「旅行者2」號任務的科學家可不這麼看。相反，最近的測量結果認為，穿過太陽的日球層頂（太陽風層頂）——日光層的理論邊界，是進入星際空間的決定性標誌。日光層是由太陽產生的帶電粒子組成的「氣泡」，科學家用它來標記星際空間的起點。

　　但日光層非常複雜，其會隨著太陽22年的周期變化，隨著太陽風而不斷變小和變大，並向太陽行進方向的後方伸展。所以，從地球上很難對日光層進行測量。目前，NASA的「星際邊界探測器」（IBEX）任務正在努力確定這一「氣泡」的邊界在何處。

　　當「旅行者1」號和「旅行者2」號穿過日球層頂時，它們上面搭載的粒子儀器仍正常運行，觀測數據表明，它們已經穿越了這一氣泡區域。但還有研究人員認為，太陽除了被日光層包圍之外，也被奧爾特雲（Oort Cloud）所包圍，奧爾特星雲是一片由冰凍天體組成的區域，據估計，其範圍從1000AU（天文單位，等於地球和太陽之間的距離，約1.5億公裡）到10萬AU不等，遠遠超出日球層頂。因此，「旅行者」號太空飛行器不算是完全飛出了太陽系。

　　「先驅者11」號或捷足先登

　　除了「旅行者」號外，未來哪艘太空飛行器會捷足先登，進入星際空間呢？

　　由於日光層不斷變化，所以科學家也很難說出「先驅者10」號、「先驅者11」號何時會進入星際空間，只能根據現有數據進行推斷。

　　據NASA的《超越地球：深空探測編年史》書中記載，截至2017年11月5日，「先驅者10」號距離地球約118.824AU，是除「旅行者1」號以外距離地球最遠的太空飛行器。然而「先驅者11」號和「旅行者」號正朝著太陽行進的方向前進，「先驅者10」號正朝著太陽的尾側方向前進。2017年的研究指出，日光層的尾部距離太陽約220AU。由於「先驅者11」號每年的行程約為2.5AU，因此，「先驅者10」號可能要到約2057年才能到達這個不斷變化的太陽系邊界。

　　該書還指出，截至2017年11月5日，「先驅者11」號距離地球約97.6AU。與它的雙胞胎「先驅者10」號不同，這一太空飛行器的行進方向與「旅行者」號大致相同。「旅行者2」號在距離地球約120AU時進入星際介質。由於「先驅者11」號以每年2.3AU的速度飛行，假設太陽系的邊界不改變的話，它應該會在2027年左右進入星際空間。但其實，太陽系邊界可能會改變。

　　至於2006年發射的「新視野」號的情況，它於2019年1月1日飛掠太陽系內的遙遠天體「天涯海角」，而且其發射時間遠遠晚於其他4艘太空飛行器。在飛掠期間，「新視野」號距離太陽43AU。該任務首席調查員艾倫·斯特恩說，該太空飛行器每年行進約3.1AU。再過20年，它很有可能進入星際空間。因此，如果它與「旅行者2」號穿越相同的邊界，將在2043年進入星際空間。

　　綜上所述，如果日光層的變化保持穩定（這不太可能），「先驅者11」號將在2027年穿過日球層頂；「新視野」號緊隨其後，於2043年完成穿越；而最先發射的「先驅者10」號將在2057年離開日光層。

　　「新視野」號可能電力不足

　　斯特恩說，如果「新視野」號能進入星際空間，並在那時仍正常運行（這是有可能的），它將為我們提供有關星際空間的詳細信息。「新視野」號所攜帶的粒子探測器比「旅行者」號上搭載的粒子探測器強大得多。此外，「新視野」號還攜帶了一個灰塵探測器，可以提供對日光層以外區域的觀察。「將塵埃探測器放入星際介質將是非常寶貴的經驗。」

　　不過，斯特恩也指出，電力是「新視野」號要面臨的一個大問題。「新視野」號的燃料是不斷衰變的二氧化鈽，這艘太空飛行器的電力可供其工作到本世紀30年代末，目前其運行狀況良好。

　　（科技日報北京1月31日電）

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