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    旅行者2号:我飞出太阳系了吗?

    日期 2018-12-13   来源:新华网 来源:新京报   作者:记者 倪伟  【 】   【打印】   【关闭

      史上第二次,人造物体到达了恒星之间的星际空间。经过41年的飞行,旅行者2号探测器脱离了太阳风的范围,进入一片人类陌生的太空。

      美国东部时间12月10日,在美国地球物理联合会(AGU)年度会议上,NASA旅行者号团队宣布了这一消息。

      那么,旅行者2号飞出太阳系了吗?2012年,与旅行者2号同年发射的旅行者1号也飞出了日光层。但是对于这两个探测器是否飞出太阳系,一直有不同看法。这取决于对太阳系边界的定义。

      NASA此次表示,太阳系的边界被认为在奥尔特云外缘之外,奥尔特云是一组仍然受太阳引力影响的小型物天体。旅行者2号需要大约300年才能到达奥尔特云的内部边缘。而飞越奥尔特云,则可能需要3万年。

      旅行者2号11月5日飞越日光层外缘

      旅行者2号目前距离地球超过110亿英里(180亿公里),相当于321个地球到火星的距离,4.7万个地球到月球的距离。研究人员仍可以与其通信,但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。而相比之下,从太阳出发的光只需要大约8分钟就能到达地球。

      对比航天器上仪器的数据,NASA科学家确定旅行者2号于11月5日飞越了日光层的外缘。最重要的证据,来自其等离子体科学仪器(PLS),旅行者1号上同样的仪器在1980年就停止了工作。

      仪器数据显示,直到最近,旅行者2号周围空间中弥漫的还主要是从太阳流出的等离子体。这种被称为“太阳风”的流出物形成了一个“泡沫”(即日光层),将太阳系中的行星包围在其中。

      日光层的边界被称为太阳风层顶,是炎热的太阳风与寒冷、密集的星际介质相遇的地方。旅行者2号的“孪生兄弟”旅行者1号已经在2012年越过了这一边界,是目前飞得最远的航天器,旅行者2号的飞行距离紧随其后。

      转折点发生在今年11月5日。科学家发现,这一天,PLS探测到的太阳风粒子速度急剧下降,而银河宇宙射线则相应增加。从那时起,等离子仪器观测到旅行者2号周围环境没有太阳风流动,这使得科学家有理由认为,探测器离开了日光层。

      除了等离子体数据,NASA科学团队成员还得到了来自其他三种仪器的证据。宇宙射线子系统、低能带电粒子仪器和磁力计的数据,都说明旅行者2号越过了日光层。

      “在日光层之外的星际空间区域,还有很多值得研究的地方。”NASA报道援引旅行者项目科学家艾德·斯通的话表示。

      “我们的研究始于太阳,并延伸到太阳风所接触的一切。”NASA太阳物理学部主任尼古拉·福克斯说:“旅行者发回有关太阳影响边缘的信息,让我们对从未涉足的疆域实现了前所未有的一瞥。”

      旅行者2号不会很快离开太阳系

      太阳风尽处,恒星际空间开始了。

      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,就可以说是进入了恒星际空间。“例如在太阳系8大行星的范围内,叫作行星际空间,而出了太阳风范围,就是恒星际空间。”对于星际空间的解释,NASA认为是“每个恒星等离子体影响领域之间的空间”。

      然而,NASA也表示,进入恒星际空间后,旅行者1号和旅行者2号尚未离开太阳系,并且不会很快离开。

      旅行者2号距离飞出太阳系还有多远?NASA称,太阳系的边界被认为超出了奥尔特云的外缘,奥尔特云的厚度估计从太阳开始大约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内部边缘,并且可能需要3万年才能超越它。

      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,太阳系边界可以从很多角度来看,最保守的是八大行星的影响范畴。目前比较普遍接受的观点,是有太阳引力覆盖即为太阳系范畴,而朱进说,太阳引力理论上可以抵达无穷远。

      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认为,即使飞出奥尔特云,也不能说是飞出了太阳系,因为奥尔特云之外仍有物体绕地球运转。

      自20世纪60年代以来,大多数科学家将太阳系定义为奥尔特云边界之内。“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。

      航天专家庞之浩表示,行星科学家认为,离开太阳风的范围,就可以算飞出太阳系了。“我个人倾向于飞出太阳风层就可以说飞出太阳系,这样可以激起人们探索太空的兴趣,尤其是激发青少年对太空的热情。而且,再过一些年,人类就会失去与旅行者的通信,飞出去也没什么意义了。”庞之浩说。

      随着旅行者探测器越来越“老”,科学家将陆续关闭一些仪器。旅行者探测器使用放射性物质衰变产生的热量供电,放射性物质包含在称为放射性同位素热发生器(RTG)的装置中。RTG的功率输出每年减少约4瓦,旅行者的部分仪器,包括两个航天器上的摄像机,随着时间的推移已被关闭以节约电力。NASA项目团队希望两个旅行者探测器还可以再继续工作10年。

      携带人类文明的金唱片沟通外星文明

      旅行者2号的旅程起源于1977年8月20日,16天后,旅行者1号也发射升空了。在那时,NASA的科学家们还无法预料,两者的征程将远远超出原定目的地。

      旅行者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的任务。于是旅行者2号受控飞往天王星和海王星进行探测,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。它们的寿命从5年延长到了至今的41年。

      据NASA消息,两个旅行者探测器向人类解释了日光层如何与来自外部的星际风相互作用。它们的观测结果,补充了NASA星际边界探测器(IBEX)的数据。未来,NASA还准备增加一项任务,于2024年发射星际测绘和加速探测器(IMAP),以充分利用旅行者探测器的观测资料。

      旅行者探测器的“旅行”故事不仅影响了几代科学家和工程师,也影响了地球的文化,包括电影、艺术和音乐。

      每个旅行者探测器都带有一张铜镀金激光唱片,记录了地球的音乐、语言、图片等信息,包括普通话和中国古琴曲“流水”,图片则以模拟信号收录。

      当时的科学家希望金唱片能代表人类与宇宙星系沟通。NASA表示,由于探测器可能持续飞行数十亿年,有朝一日,这些“圆形时间胶囊”可能是人类文明的唯一痕迹。

      旅行者计划对人类宇宙探索影响持续至今

      作为人类飞得最远的两个航天器,旅行者探测器在人类宇宙探索的历史中无疑是两座里程碑。

      “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。”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颗卫星,天王星的11颗和海王星的5颗新卫星。

      旅行者号的探索,也为后来的很多航天任务铺平了道路。美国宇航局行星科学部主任詹姆斯·格林说,伽利略、木星探测器对木星的探测、卡西尼探测器对土星的探测,都起源于旅行者的探索,“旅行者的探测数据曾显示了木星动荡的大气。由于旅行者号的事先探测,今天,我们的朱诺号在极近距离范围内观测到木星的风暴,并在极地两侧发现了几乎是地球大小的旋风。”

      计划于2022年前后实施的Europa Clipper(欧罗巴快船)任务,将去往木卫二寻找冰下海洋;未来的欧罗巴着陆器将去寻找地外生命痕迹。这些计划也都基于旅行者号的经验。

      旅行者号的发现还启发了人类未来的使命,例如,去往木星迷人的火山卫星Io。关于卫星lo探测计划已被列为NASA重要科学优先事项之一。

      茫茫宇宙中,除了两个旅行者探测器,先驱者10号、先驱者11号和新视野号3个探测器也处于最终将离开太阳系的轨道,也正向太阳系边缘进发。人类已经失去了与先驱者10号、先驱者11号的联系,新视野号2015年飞掠了冥王星,正飞往柯依伯。

      由于新视野号飞行速度较快,不久的将来,我们也将见证它进入恒星际空间。




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