飞出太阳系咋就那么难

时间:2016-08-20 16:41:15

经过36年的漫长旅行,旅行者1号目前已冲出太阳风包裹的日球层,进入星际空间。

原标题:飞出太阳系咋就那么难

《国际先驱导报》记者谢来发自北京

朝着太阳系边缘飞行了36年后,美国国家航空航天局(NASA)的旅行者1号探测器已经到达寒冷黑暗的星际空间,正身处一个从未被探索过的地方。

这枚距离我们最远和飞行速度最快的人造天体,究竟 远行 到了哪里?从《纽约时报》、《科学美国人》,到英国《每日电讯》,各大媒体争相宣布: 旅行者1号正式离开了太阳系! 再见太阳系,你好外太空。

等等,旅行者1号的确已经走远,但是否真正离开严格意义上的太阳系疆域?

进入星际空间,但未离开太阳系

来听听负责旅行者项目的科学家们是怎样说的。

他们发表在《科学》杂志上的论文指出:这艘探测器确实已经离开了日球层(heliosphere)的怀抱,驶入了星际空间(interstellar space)。所谓日球层,泛指太阳风和同样源于太阳的行星际磁场所占据的整个空间体系,也是太阳风粒子所到达的全部区域。打个直观的比喻,这片区域像一个由太阳风包裹成的巨大 气泡 。气泡外面便是浩瀚的星际空间。

科学家可以肯定的一点事:旅行者1号恰好刚刚穿透了日球层,不过,冲出了这个气泡就等于离开太阳系吗?这就需要明确 太阳系 的定义。

到目前为止,天文学界对太阳系边界仍存在多种理解。有一种观点认为,太阳系应以太阳风粒子所能波及到的范围为准。也就是说,日球层的最外层、日球层顶(heliopause)即太阳系的边界。

从这个定义看,旅行者1号的确是跨出了太阳系的 门槛 。从 门槛 到太阳的距离约为120个天文单位(地球到太阳的距离被称为1个天文单位,约为1.496亿千米),这也几乎等同于旅行者1号到目前为止的 航程 。

不过,天文学界另一种更广为接受的定义则是:太阳系的边界应以太阳万有引力所能控制的范围为准。如一个天体受到太阳引力主导,围绕太阳旋转,就应算作是太阳系天体。以这样的标准来看,太阳系的真正边界将远远超出日球层的范围。

除了人们熟知的8大行星,围绕太阳运行的还有无数不清的大小天体,如矮行星、小行星和彗星。彗星围绕太阳旋转的轨道多是椭圆,有的最远距离太阳可达近1000个天文单位。那么,这些天体运动的范围都应该仍然算作是太阳系的地盘。

而在距离太阳更远的5万到10万天文单位的地方,可能存在一个包围着太阳系的球体云团奥尔特云,估计其中的彗星超过1千亿颗。因此如果以此作为太阳系最外层的边界,那么以太阳为中心,1光年(约6.3万天文单位)为半径的区域都可以算作是太阳系的疆域。

因此有天文学家更希望严谨地说明,冲出了日球层顶的旅行者1号的确进入了星际空间,但还未离开广义范畴的太阳系。

已足够值得人们自豪

当然,抛开科学界对于太阳系边界的争议,单凭旅行者1号冲出日球层这一点,就已足够值得人们自豪了。

事实上,旅行者1号不只是 到达 了日球层,更证明了其存在。多年以来,科学家对于日球层的了解和观测到的数据十分有限,对其具体的结构和状态变化都不甚明了。而旅行者1号和2号的历险,则提供了宝贵的 一手 信息。

旅行者1号告别了围绕太阳的大行星后,开始朝着更偏远的疆界航行,它先是穿过了终端激波,这是日球层的最内层:当太阳风由于接触到星际介质而开始减速的区域,太阳风粒子的运行速度在此首次降至亚音速,并由于撞击摩擦而导致升温。

穿过终端激波(termination shock)后,旅行者1号波进入了日鞘(heliosheath,也被称为太阳风鞘)。在此太阳风一旦低至亚音速,会受到周围星际介质的流体影响,压力导致太阳风在太阳后方形成像彗星的尾巴。

从去年8月开始,旅行者1号检测到的太阳风粒子密度骤然下降,与此同时,等离子体密度突然上升了4倍。

而到了今年6月份,旅行者1号上的太阳风探测器报告太阳风的速度值降到了零。科学家们于是对仪器进行了检查,以便确定它没有出现故障。经过对这些数据反复测算分析后,科学家最终得出的结论是,在2012年8月25日,旅行者1号穿越了日球层顶,告别日球层,进入星际空间。

正如科学家预测的,这意味太阳的影响力到此为止,太阳风 吹 到这里已是强弩之末,取而代之的是星际空间的低温粒子。

再飞1.8万年才能离开广义太阳系

目前,科学家正在等待探测器传回有关太阳系外围弓形激波(bow shock)的信息。这是指太阳系在星际空间中移动形成一个由气体、尘埃构成的弧形区,就像在飞机机翼前气流堆积形成的弓形结构。

至此,旅行者1号36年的漫长旅途让人类第一次 到达 120个天文单位外的遥远空间,证实了太阳风在此 吹 到了尽头,也让人类意识到自己所处的太阳系不过是宇宙中的沧海一粟。

当到了太阳风 刮 不到的地方,旅行者1号也因为距离太阳太远而无法利用太阳能。它以低于300瓦特的功率运转,只够为一盏明亮的灯泡供电。探测器上携带两枚核电池,能够保证它继续飞行至2025年。

如果以目前旅行者1号每年飞行3.5个天文单位来计算的话,要想飞到距离太阳1光年的太阳系边界,至少还要再飞1.8万年才行。

有去无还,茫茫宇宙觅 知音

旅行者1号已经大胆闯入了先前没有任何探测器到过的地方,取得了科学编年史上最重要的一项技术成就。 NASA科学任务理事会副主席约翰 格伦斯菲尔德说: 随着它驶入星际空间,人类的科学梦想和科学事业又掀开了新一页篇章。

更令人称奇的是,原本科学家只希望旅行者1号能探索木星与土星,没人想到有天它会进入到星际空间。NASA本打算让探测器进行为期4年的宇宙航行,而由于旅行者1号采用了优良的控制系统并配有后备运行系统,采用核动力技术以放射性元素钚作燃料,装备了防辐射光学玻璃及电子元件等措施,探测器完成原定任务后还越飞越远,不断向太空深处进发。

目前旅行者1号正沿双曲线轨道运行,并已经达到了第三宇宙速度。这意味着其轨道再也不能引导太空船飞返太阳系,它将继续在无垠的宇宙中飘荡。

而即便失去所有的能量, 旅行者1号 依然是人类文明的使者,它携带了一张名为 地球之音 的镀金铜质光盘。被密封在一个铝盒内,经过特殊处理后,它可以保存10亿年。

在这张镀金的唱片上,录制着人类对外星球生命的问候。光盘的一面录制有115张照片、55种语言的问候语、还有一段90分钟的声乐集锦,其中包括中国的十大古曲之一《高山流水》。如同一位带着代表着地球文明明信片的信使,旅行者1号将继续在茫茫宇宙中寻找人类的 知音 。