全面解析“旅行者”號探測器

在美國航空航天局確認“旅行者1”號飛出太陽系，正式進入星際空間后，美國加利福尼亞州理工學院教授、“旅行者”號探測項目科學家愛德華·斯通就“旅行者1”號飛出太陽系的相關問題做了詳細解答。

問：能告訴我們“旅行者1”號探測器進入星際空間的準確日期和時間，以及當時與太陽的距離嗎？

答：“旅行者”號研究小組指出，“旅行者1”號進入星際空間的時間是2012年8月25日。該結論是基于這一天觀察到的帶電粒子變化情況，以及2013年4月—5月采集的磁場數據和最新等離子體數據得出的。

最新等離子體數據使研究小組做出該探測器進入星際空間的判斷，但時間只能精確到2012年8月。太陽日光層內部和外部的帶電粒子在2012年8月25日出現永久性變化。這一變化的周期為12小時，我們無法精確該事件發生的具體時間。

當時，“旅行者1”號距離太陽183億千米，距離地球182億千米。

問：為什么會定義為一個歷史性事件？

答：“旅行者1”號是距離地球最遙遠的人造航天器，此前航天器從未進入過星際空間。這代表著歷史上的一次里程碑事件，與麥哲倫首次環球航行、1962年“水手2”號第一次飛掠金星、阿姆斯特朗第一次登上月球等事件的重要性相差無幾。

問：“旅行者1”號進入的是一個怎樣的太空環境？

答：“旅行者1”號進入了一個全新的太空環境，超出了太陽釋放等離子體的范圍。等離子體廣泛存在于宇宙空間，是帶電粒子最密集、運動最緩慢的形態。同時，太陽等離子體從太陽表面四處流溢，如果“旅行者1”號飛越太陽系，那么周圍的等離子體也會發生變化。

問：我們如何知道“旅行者1”號處于星際空間？

答：“旅行者”號研究小組稱，從2013年4月至今“旅行者1”號探測器等離子體波設備獲得的新數據可以獲悉，該探測器于2012年8月25日進入星際空間。大約在2012年3月，太陽發生了一次突然性物質噴發，這些物質歷經13個月才抵達“旅行者1”號所處位置，周圍的等離子體發生振動。該探測器首次探測到這些振動，這是研究小組8年來首次探測到此類聲音，并將最近的數據反饋。科學家稱，“旅行者1”號在2012年8月進入這片密集的等離子體區域。

問：這些太陽事件發生的頻率怎樣？

答：在太陽活動高峰期，一天之內會出現多次日冕物質噴射，或者太陽物質噴射，這段時間被稱為太陽活動高峰。兩艘“旅行者”號探測器分別于1983年—1984年、1992年—1993年探測到大規模日冕物質噴射，這些大規模日冕物質噴射導致太陽圈內產生可探測到的無線電波。然而，每年3月17日出現的太陽風暴并不被認為是大規模噴射，也沒有形成可探測到的無線電波。目前，“旅行者1”號剛探測到等離子體振蕩，但只有當其處于星際等離子體區域時才能探測到。幸運的是，3月17日的太陽風暴恰好影響到“旅行者1”號所處的區域。

問：我們如何知道“旅行者1”號探測到的就是星際等離子體呢？

答：2013年4月，“旅行者1”號探測到的等離子體密度較大，是“旅行者2”號在同一時期在太陽圈外層探測到的等離子體密度的40倍，這種差別非常明顯。等離子體密度的變化，是在“旅 行者”號研究小組的預期之中。

問：你如何確定“旅行者”號抵達星際空間？

答：“旅行者”號研究小組預計的關鍵性變化都已出現，例如：高能粒子變化、等離子體密度的顯著變化等。這是我們預計在星際空間中看到的。

問：為什么“旅行者”號研究小組稱進入星際空間是2012年8月25日，而不是2012年8月？

答：等離子波研究小組依據數據推測，“旅行者1”號在2012年8月抵達高密度等離子體區域。由于這是一個推算，因此存在著一些不確定因素。據我們所知，太陽圈內部粒子在2012年8月25日已經基本消失，同時星際空間粒子急劇增多。因此，“旅行者”號研究小組有足夠證據證明，2012年8月25日是人類首次進入星際空間的時間。

問：為什么“旅行者”號研究小組沒有更早地掌握，“旅行者1”號實際上早在一年多之前就已進入星際空間？

答：2012年8月25日獲得的數據表明，來自太陽圈內部低能量帶電粒子差不多消失，而來自太陽圈以外的高能量粒子突然上升到最高水平，這是到達星際空間的兩個關鍵性標志。

這些變化是“旅行者1”號經過太陽風層頂時出現的。太陽風層頂是太陽圈與星際空間的邊界，太陽風在該區域與星際物質達到平衡。同時，科學家還預計，當“旅行者1”號進入星際空間磁場時，周圍的磁場方向會出現一次突然變化，然而后來對磁場觀測數據的分析顯示并未發生變化。研究小組認為，當時“旅行者1”號可能仍停留在太陽圈內。因此科學家需要一種不同尋常的方法來測量這種等離子體，太陽風暴正好提供了一次最佳機會。

問：如果此次太陽周期性噴發未發生，將會出現怎樣的情況呢？

答：如果未發生2012年3月的太陽物質噴射，或者這些物質未到達星際空間，“旅行者”號研究小組將繼續尋求其他間接方案，來了解“旅行者1”號探測器所處的等離子體太空環境。他們唯一的策略就是觀察這些物質是否發生變化。

問：為什么科學家曾認為磁場是星際空間的重要指標之一，而目前卻又避而不談呢？

答：由于“旅行者1”號并未直接勘測等離子體，科學家使用磁場來代表等離子體的變化。“旅行者1”號的等離子勘測儀器，用于測量等離子體的密度、溫度和速度，但是該儀器早在1980年就已停止運行。由于太陽等離子體攜帶著太陽釋放出來的磁場線，而星際等離子體具有星際空間的磁場線，因此科學家認為，通過觀測這些磁場，我們能夠了解其等離子體環境。如果從等離子波儀器上獲得確切的等離子體數據，就能確鑿地說明等離子體發生的變化。這些變化正是研究小組極力尋找的重要信息。

問：現在“旅行者1”號距離地球有多遠？

答：目前“旅行者1”號距離地球190億千米，這是2013年9月9日的最新觀測數據。

問：“旅行者2”號現狀如何？它是否接近星際空間？

答：即使“旅行者2”號首先發射，它仍不會接近星際空間。從探測數據來看，“旅行者2”號現在還處于太陽圈中。現在我們密切關注著“旅行者2”號的數據，并對這些數據展開研究分析。

“旅行者1”號與“旅行者2”號以不同的方向運行，“旅行者1”號方向更朝向北，而“旅行者2”號則更朝向南。

問：這兩個探測器還能工作多長時間？

答：這兩顆個測器的磁場和粒子科學設備能正常運行至2020年，僅有紫外線探測設備仍在反饋數據，盡管通過這些數據仍不能辨別出太陽圈和星際空間。2014年，該設備將停止工作，為其他設備節約電量。

2020年，由于電量有限，“旅行者”號的引擎將開始逐個關閉磁場和粒子設備。科學家預測，“旅行者”號探測器的最后一個科學設備將持續工作至2025年。

放射性同位素熱電發電機每年產生的功率不足4瓦，因此，任務科學家必須確定何種設備是傳回太陽圈和星際空間關鍵性數據的首選設備，并將其他設備逐個關閉。當前，發電機等其他一些航天器設備已關閉。

到2025年之后，我們就不會接收到有關科學數據，工程數據將在幾年后陸續傳回地面。或許這兩個探測器將在2036年成為深空網絡的一部分，這將取決于它們還保留著多少電量，是否還能向地面傳輸數據。

問：“旅行者1”號未來的目的地在哪里？“旅行者2”號呢？

答：“旅行者1”號以每年3.5天文單位的速度離開太陽系，飛行方向與黃道平面形成35°夾角，大體是太陽奔向點的方向。該探測器離開太陽系后將朝向蛇夫座方向飛行，預計在40272年，“旅行者1”號將抵達小熊座一顆模糊的恒星———AC+79 3888。

“旅行者2”號目前以每年3.1天文單位的速度離開太陽系，方向與黃道平面成48°夾角，朝向射手座方向飛行。估計4萬年之后，“旅行者2”號會到達一顆叫做“羅斯248”的恒星，它位于仙女座星系中。