旅行者2號飛離太陽系「保護罩」

作者：Charlie Wood

Credit：NASA

太空廣袤，但也不是真的「空」。仔細看看就會發現，即使是恆星之間的空隙也與超高速的粒子交織在一起，大爆炸遺留物以幾乎光速穿過宇宙。

旅行者2號於40多年前離開地球探測外行星，目前剛剛發現這些早期遺留物增加了5％。新的測量結果說明探測器在接近太陽的保護影響邊緣，這對研究人員來說就是定義了星際空間之間的界線。跨越該邊界將為確定其形狀提供有價值的第二個數據點，但旅行者2號離開太陽系的具體時間時仍然未知。

加州理工學院的旅行者項目科學家Ed Stone在一份新聞稿中表示：「我們發現旅行者2號周圍的環境發生了變化，我們將在接下來的幾個月里了解到很多東西，但我們仍然不知道什麼時候才會到達真正的邊界。」

此前旅行者1號返回的數據顯示，2012年5月，其記錄的宇宙射線也有類似的增加。除了光線外，太陽還向各個方向噴出帶電粒子的等離子體。太陽風太過熱，無法通過行星向外流動，被推回星際粒子形成一個研究人員稱之為「日光層」的「氣泡」。三個月後，即8月25日，旅行者1號老化的儀器檢測到太陽粒子的下降和星際粒子的進一步上升 - 這有力的證據表明它最終離開了日光層。

許多邊界
從太陽風的角度來看，離開日光層意味著離開太陽系。在接下來的幾個月到幾年裡，旅行者2號也會跟進旅行者1號的步伐，檢測到星星之間相對靜止中存在的粒子和磁場。但太陽風不是太陽發揮其影響力的唯一途徑，如果把太陽系看作是圍繞太陽重力的岩石和氣體的集合，那麼兩個旅行者還有很長的路要走。

可視化這種巨大距離的最簡單方法是使用天文單(AU)。1AU是太陽和地球之間的距離。兩個旅行者探測器不是朝著同一個方向前進，但是旅行者1號目前距離太陽約143AU，而旅行者2則是118AU。它們都超過海王星30AU，但是還有更遠。例如，最近發現的"Goblin"的軌道半徑超過2000 AU，一系列被稱為「歐特雲」的小星體帶延伸到數萬甚至數十萬AU。NASA 預計旅行者號將在2萬年內進入該區域。

旅行者2號在星際空間加入旅行者1號的行程將是一項具有里程碑意義的成就。與這些遙遠的機器交換信號需要巨大的資源，NASA每天在其深空網路上花費七到十個小時的寶貴收聽時間來獲取越來越暗淡的數據。先驅者10號探測器也在靠近邊界的地方，但它在2003年停止返回信號了。目前共有五艘太空船正在快速行駛以完全逃離太陽系，但其中兩架已經不復存在，而第三架，新地平線號，預計會在離開之前耗盡燃料。

漏氣的氣球
旅行者2號的核電源應該能持續到2025年左右 - 可能足夠長，以便對星際空間進行採樣 - 但大家都不知道這些數據何時能夠回傳。雖然旅行者1號在記錄宇宙射線增加的三個月後越過邊界，但旅行者2號正朝著日光層的不同部分前進，而日光層本身可以迅速改變形狀。

波士頓大學研究日光層形狀的天文學家 Merav Opher 說：「所有這些邊界都可能隨著太陽活動而移動，我們真的不知道它們在哪裡。」 在太陽的11年周期中更加活躍的時候，例如我們現在所處的周期，太陽像氣球一樣吹大日光層，在幾年的時間裡將邊界推出幾個AU。在周期的後期，一個不太活躍的太陽會讓邊界回縮一些。

日光層的形狀可能不像其名稱所暗示的那樣均勻。 「一般來說，大自然沒有非常平滑的界限。問題是如何波動和規模如何，「 Opher說。她過去的模擬表明邊界甚至可能形成更像是船尾而不是球體的形狀。

旅行者1號對該邊界的近距離觀察帶來了許多啟示。首先，日光層比物理學家想像的更為鬆動，會有磁性連接，允許在某些區域進行交換粒子。旅行者1號的探測器已經探測到了一系列向外指向的脈衝，這些脈衝是由來自太陽的物質突然噴射引起的，並且已經發現了一種意外的溫和的星際物質堆積，這表明太陽系在銀河系漫遊的程度比天文學家想像的更少。Opher對旅行者2號更加興奮，因為它與1號不同 - 它仍然有一個現役的等離子探測儀器，應該能夠記錄邊界和星際介質的第一類數據。

即使有我們前所未有的細節，這兩個旅行者收到的數據可能還不足以確定太陽的保護泡的形狀。研究人員還需要來自當前IBEX(星際邊界探測器)和即將進行的IMAP(星際測繪與加速度探測器)任務的數據，以遠程調查日光層的整體幾何形狀。 Opher 將該項目比作在多個具有不同觀點的觀察者的幫助下解決謀殺案一般。「有人有房間里的所有小工具，另一個人遠程拍了房間的照片，我們必須用兩者重建日光層的行為。」

解決這一謎團可能會產生普遍的影響。天文學家可以得知，圍繞其他恆星的「星球」也會在它們周圍的空間產生波浪，但是它們的等離子體仍然太稀疏而無法直接探測。弄清楚太陽如何塑造我們的星際環境並保護我們免受某些宇宙射線的影響將是了解在其他地方發生相同過程的地方和步驟的重要一步。

「如果想研究生命如何在其他恆星系統中發展，就需要了解其他星系團的行為，」Opher說。 「讓我們從自己家開始研究吧。」

HW:作為天文愛好者的我安利《宇宙兄弟》

本文譯自 popsci，由譯者 HW 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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