旅行者2號照亮星際空間邊界

編譯 王格格

這幅藝術概念圖展示了美國宇航局的旅行者號宇宙飛船進入星際空間

2018年11月5日，美國宇航局（NASA）的旅行者2號成為歷史上第二個離開日球層的航天器（日球層就像是太陽吹出的充斥著粒子和磁場的保護性氣泡）。旅行者2號到達距離地球約180億公里處，遠超過冥王星軌道到太陽的距離，旅行者2號由此進入星際空間（即為星體與星體之間的空間）?！蹲匀弧ぬ煳膶W》最新發表了5篇研究文章，描述了在旅行者2號完成歷史性穿越前后，科學家所觀察到的情況。

每一篇文章都詳細介紹了旅行者2號運行的五個科學儀器的新發現，包括磁場傳感器、2個針對不同能量范圍的高能粒子探測器以及2個研究等離子體（一種由帶電粒子組成的氣體狀物質）的儀器?？偠灾?，這些發現有助于描繪這條宇宙海岸線的圖景，由太陽所創造的環境在此結束，浩瀚的星際空間海洋由此延展。

太陽的日球層就像一葉星際航行之舟。日球層和星際空間內都充滿了等離子體。日球層內部的等離子體是熱而稀疏的，而星際空間的等離子體則冷而致密，星際空間內也包含宇宙射線和由爆炸的恒星加速的粒子。旅行者1號發現，日球層保護地球和其他行星免受超過70%的宇宙輻射。

在2018年旅行者2號離開日球層之際，科學家宣稱它的兩個高能粒子探測器探測到了巨大的變化：儀器探測到的日球層粒子的比率驟降，而宇宙射線的比率急劇增加并保持高態（通常比日球層粒子具有更高的能量）。這些變化證實了探測器已經進入了一個新的空間區域。

這幅圖展示了美國宇航局的旅行者1號和旅行者2號探測器在日球層外的位置，太陽產生的保護性氣泡的尺度遠遠超出了冥王星的軌道到太陽的距離

在旅行者1號于2012年到達日球層邊緣之前，科學家們還不知道這個邊界距離太陽究竟有多遠。在不斷重復的大約11年的太陽周期中，這兩個探測器分別在不同的位置和不同的時間離開日球層，在此過程中，太陽經歷一個高活動期和一個低活動期。科學家們預計，日球層的邊緣，即所謂的日球層頂，會跟隨太陽活動的變化而移動，似乎像一個隨著呼吸而膨脹和收縮的肺，這與兩個探測器分別到達日球層頂時與太陽的距離不同的事實是一致的。

新的研究文章目前證實，旅行者2號還沒有進入不受干擾的星際空間：就像它的孿生兄弟旅行者1號一樣，旅行者2號似乎處于一個僅僅跨出日球層的擾動過渡區。

“旅行者號探測器向我們展示了太陽是如何與銀河系的星際介質進行相互作用的，”參與旅行者號項目的科學家、加州理工學院物理學教授愛德·斯通（Ed Stone）說，“如果沒有旅行者2號傳回的新數據，我們就無法確定我們通過旅行者1號所看到的是整個日球層的特征，還是僅僅是它穿越時的位置和時間?！?/p>

擠壓等離子體

兩艘旅行者號宇宙飛船現在已經證實，正如科學家們所預期的，星際空間中的等離子體比日球層中的等離子體要致密得多。旅行者2號還測量了附近星際空間等離子體的溫度，并確認比日球層內的等離子體溫度低。

2012年，旅行者1號觀測到剛進入日球層外的等離子體密度略高于預期，表明等離子體受到了一定程度的壓縮。旅行者2號觀測到，日球層外的等離子體溫度比預期的略高，這也表明等離子體可能被壓縮。（外部的等離子體溫度依舊比內部的低）。旅行者2號還觀察到在離開日球層之前等離子體密度輕微增加的現象，這表明等離子體是在氣泡的內側邊緣被壓縮的，但科學家們還不能完全理解是什么導致了等離子體在日球層內外兩邊壓縮的現象。

粒子泄漏

如果說日球層就像一艘在星際空間航行的船，那么它的外殼似乎有點漏。旅行者號的一個粒子儀器顯示，一股來自日球層內部的粒子正從其邊界泄漏向星際空間。旅行者1號在靠近日球層的前端離開，這與氣泡泄漏太空的運動有關。而旅行者2號離開的位置更靠近日球層側翼，這一區域似乎比旅行者1號離開的位置漏孔更多。

磁場奧秘

旅行者2號的磁場傳感器的一項觀測證實了旅行者1號給出的一個令人驚訝的結果：剛剛超越日球層頂區域的磁場與日球層內部的磁場平行。對于旅行者1號而言，科學家們只得到一份這些磁場的樣本，無法確定這種表現出來的平行排列是整個外部區域的特征，還是只是巧合。斯通稱，旅行者2號證實了旅行者1號的發現，表明兩個磁場方向是一致的。

旅行者號探測器于1977年發射升空，都飛行經過了木星和土星。為了飛經天王星和海王星，旅行者2號在經過土星時改變了航線，這也是歷史上唯一一次近距離飛過這些行星。旅行者號探測器于1989年完成了對行星的盛大巡游，并開始了到達日球層頂的星際任務。旅行者1號是兩個探測器中速度更快的那個，目前距離太陽超過220億公里，而旅行者2號距離太陽大約180億公里。光從旅行者2號傳播到地球大約需要16.5個小時，相比之下，光從太陽傳播到地球大約需要8分鐘。