旅行者2号揭示星际空间边界新特征

新京报
2019-11-08

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新京报2019-11-08

一年前进入星际空间的旅行者2号探测器,如今带来了远方的新消息。

NASA科学家确定,旅行者2号于2018年11月5日飞出日球层,进入星际空间,距今已一周年。日前,《自然·天文学》杂志发表了5篇论文,描述了旅行者2号历史性穿越期间及此后观测到的情况。论文揭示了日球层和星际空间边界附近的磁场、等离子体状态等信息,为人类了解星际空间边界的情况提供了前所未有的资料。

航天专家杨宇光表示,旅行者2号弥补了旅行者1号由于仪器故障错失的数据,对于人类获取星际空间的一手资料有重要意义。

来自星际空间边界的新消息

5篇论文分别详细介绍了旅行者2号搭载的5种科学仪器的发现,包括磁场传感器、两种用于检测高能粒子的仪器,以及两种研究等离子体的仪器。

NASA称,这些发现有助于描绘这条宇宙“海岸线”,即太阳风层顶。在这里,“太阳所创造的环境结束了,星际空间的广阔海洋展开了”。

我们对新世界的了解源自去年11月5日。当天,旅行者2号等离子体科学仪器发回的数据显示,太阳风粒子速度急剧下降,宇宙射线则相应增加。之后,旅行者2号周围环境不再有太阳风流动。

从太阳流出的等离子体高速向外飞行,被称为“太阳风”。弥散的太阳风似乎形成了一个“泡沫”,将太阳系中的行星包围在其中,这个“泡沫”就是日球层,“泡沫”边缘是太阳风层顶,日球层可以保护太阳系行星免受70%以上辐射的伤害。

北京天文馆馆长朱进告诉记者,当宇宙射线量远远高于太阳风辐射量时,就可以说离开了日球层,进入了星际空间。

此次发表的论文证实,如旅行者1号一样,旅行者2号似乎也位于太阳风层顶外一个受扰动的过渡区域。

“旅行者号向我们展示了太阳如何与充满银河系恒星之间大部分空间的物质相互作用,”NASA援引旅行者号项目科学家、加州理工学院物理学教授埃德·斯通的评价称,“如果没有旅行者2号提供的新数据,我们将不知道旅行者1号所看到的是整个日球层的特征,还是只是在它穿越当时当地的状态。”

带来的疑问与见解或许同样多

旅行者2号提供了前所未有的来自最远方的探测数据,但它带来的疑问与新知或许同样多。

旅行者1号和2号证实,邻近星际空间中的等离子体比日球层内部的等离子体密度更高,而温度比日球层内部的等离子体更冷。NASA科学家认为,这可能表明星际空间的等离子体正在被压缩。

旅行者2号还观察到,等离子体密度在离开太阳风层顶之前也略有增加,表明等离子体在日球层内部边缘也被压缩了。但科学家尚未完全了解是什么原因造成了日球层内外的等离子体压缩。

另一个发现与磁场相关。旅行者2号磁场探测仪证实了旅行者1号曾令人吃惊的探测结果:太阳风层顶外的磁场与日球层内部的磁场平行。这些现象背后的科学原因,科学家目前尚无法回答。

“我们不能忘记,旅行者1号和2号最初的主任务都不是探测星际空间,而仅仅是探测土星和火星。”中国航天科工二院研究员、国际宇航联合会空间运输委员会副主席杨宇光说,两个探测器携带的科学仪器也不是专门为了探测星际空间和太阳风层顶环境而设计的。

因此,杨宇光认为,旅行者号虽然实现了对远离太阳系中心的空间环境数据的补缺,但并非非常全面的探测。

科学家还发现,如果说日球层像一艘在星际空间中航行的船,那么这艘船的船体似乎有些漏水。旅行者号的一种粒子探测仪显示,日球层内部的一股粒子正在滑过边界并进入星际空间。

旅行者1号2012年进入星际空间,时间和位置与旅行者2号均有不同。杨宇光认为,这种差异有好处:可以获得不同时期、方位的数据;但也有遗憾,就是两者数据无法用来严格对比,因为太阳活动有11年周期循环,不同时期活动情况差别很大,日球层环境也有很大差异,因此难以比较。

■揭秘

旅行者飞出太阳系了吗?

取决于如何定义太阳系

据NASA发布的信息,目前旅行者2号已经飞离太阳约113亿英里,即182亿公里。

它离我们有多远?以光速传播的通信信号,从旅行者2号到达地球大约需要16.5小时。相比之下,从太阳出发的光只需约8分钟就能到达地球。

关于旅行者2号是否已经飞出太阳系,取决于太阳系的定义。去年11月5日,旅行者2号进入星际空间。但NASA认为,进入星际空间后,旅行者1号和旅行者2号尚未离开太阳系,并且这一天还很远。

关于太阳系边界的界定,多位天文学家表示,目前定义并不确切。天文专家寇文表示,目前比较普遍接受的观点是,主要受太阳引力影响的空间即为太阳系范畴。

NASA称,太阳系边界被认为在奥尔特云外缘之外,奥尔特云的厚度是从太阳开始大约1000个天文单位,并扩展到大约100000个天文单位。一个天文单位是从太阳到地球的距离,旅行者2号需要大约300年才能到达奥尔特云边缘,可能需要3万年才能飞越它。

“当然,非正式地说,太阳系通常意味着太阳周围的行星区域。”NASA在一篇文章中也提出了这样的观点。

两探测器还能通信多久?

科学家希望它们可以再工作10年

为了确保旅行者号两兄弟不跟地球失联,继续从最遥远的深空发回科学数据,工程师正在实施一项新的计划。

今年7月8日,工程师成功让旅行者2号的轨迹校正机动推进器重新点火,以调整航天器的姿态。轨迹校正机动推进器已经有30年没有点火。此次启用是因为旅行者2号原有推进器正在慢慢老化。

电力的减少让工程师更为头疼。

旅行者号使用放射性物质衰变产生的热量供电。在42年的飞行中,航天器上的电力越来越少。为了让两兄弟与地球保持更久的联系,工程师们必须做一些艰难的决定——陆续关闭一些仪器设备,以节省电力。经过与科学团队的广泛讨论,旅行者2号宇宙射线子系统仪器的加热器今年被关闭。

NASA项目团队希望两个探测器还可以再继续工作10年。

■背景

“两兄弟”屡有大发现

比旅行者2号更早,旅行者1号已经在2012年飞出了日球层,成为人类第一个达成这一成就的航天器,也是迄今飞得最远的航天器。旅行者2号的旅程起源于1977年8月20日,16天后,旅行者1号也发射升空。

旅行者探测器原计划是对木星和土星进行近距离探测。随着探测圆满结束,科学家发现,它们还有能力执行更多任务。于是旅行者2号受控飞往天王星和海王星探测,旅行者1号则对土卫六进行了近距离观测。之后,两兄弟继续向深空远征。

“旅行者计划对人类意义非常重大。尤其是旅行者2号,直到现在人类还没有重访过天王星和海王星,我们对于这两颗行星最深入的了解都来自它。”中国航天科工二院研究员、国际宇航联合会空间运输委员会副主席杨宇光说。

首次对木星成像、首次观测到天王星和海王星的环、首次发现地球以外的活火山、首次观测到地外行星上的闪电(来自木星)……这些成就都由旅行者探测器达成。在初期的探测中,它们一共发现了木星的3颗、土星的4颗新卫星,天王星的11颗和海王星的5颗新卫星。

记者倪伟

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