答：旅行者2號剛剛飛出的「日球層」是什麼，是太陽系邊界嗎？

點擊「國家空間科學中心」可以訂閱哦！

空少問答

小課堂

第101期

12

月

24

日

周

一

答：旅行者2號剛剛飛出的「日球層」是什麼，是太陽系邊界嗎？

上周六，空少為大家留了1個問題，來看看空少的解答以及從留言中選出的最佳答案吧！

想要查看原問題背景介紹的朋友們可以點擊《問：旅行者2號剛剛飛出的「日球層」是什麼，是太陽系邊界嗎？》~下面就讓我們來看看空少的解答吧！

空少正解

上期我們講到，根據美國國家航天航空局（NASA）消息，旅行者2號探測器（Voyager 2）也已經步1號探測器的後塵，經過了日球層頂（Heliospause）、離開了日球層（Heliosphere）的範圍，進入了星際空間（Interstellar Space）。據悉旅行者2號探測器距離地球的距離已經超過了180億公里（110億英里），這大大超過了冥王星距離太陽最遠時的距離（約74億公里）。

等離子體科學儀器（PLS）探測到電流下降是判斷旅行者2號探測器飛出日球層的依據之一（來源：NASA，https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-voyager-2-probe-enters-interstellar-space）

那麼，什麼是日球層，它的邊界（日球層頂）是不是太陽系的邊緣呢？

要講日球層，首先要說太陽風（solar wind）。所謂太陽風，是從太陽大氣放出的等離子體帶電粒子流，主要成分是質子和電子，73%的是氫（氫離子就是質子），25%的是氦（氦原子核就是阿爾法粒子），還有其他少量雜質。我們今天要講的日球層就是太陽風充斥和支配的區域。根據計算，太陽風離開太陽後還會加速到超聲速，平均可達每秒300-700公里——這裡的「聲速」指的是等離子體聲速，也就是擾動在等離子體中傳播的速度。太陽風遠離太陽後，在與星際物質的碰撞中達到平衡，減速至亞聲速直至停止。在這邊界附近被認為可能存在著名為終端激波（Termination Shock）、日鞘（Heliosheath）、日球層頂（Heliopause）和弓形激波（Bow shock）等結構，邊界以內就是太陽風所控制的日球層，邊界以外就是旅行者號兩個飛行器所進入的星際空間。

有一個直觀而有趣的比喻：日球層就好像太陽風吹進星際空間物質中的氣泡，雖然來自星際空間的物質可也以滲入這個氣泡，但實際上在日球層內的物質主要是來自太陽。日球層「Heliosphere」這個詞被認為最早是由Alexander J. Dessler在他的著作中使用的。

而簡單來說，其他幾個結構：

終端激波：太陽風接近邊界時開始減速，由於其與聲速的關係，在其速度由超聲速下降到亞聲速處出現的激波；

日鞘：日球層外圍越過終端激波後減速的那部分，太陽風物質壓縮；

日球層頂：太陽風物質和星際物質的邊界，它們的壓力是平衡的；

弓形激波：由於日球層的存在，在星際物質中形成的激波面。

日球層幾個結構的示意圖（該圖在旅行者探測器飛出日球層之前）（來源：NASA，https://www.nasa.gov/mission_pages/sunearth/science/Heliosphere.html）

那麼我們再回到本文另一個問題：旅行者1號和2號探測器都已經飛出了日球層，那麼它們是離開了太陽系嗎？日球層頂是太陽系邊界嗎？

我們上文說了，日球層是太陽風支配的區域，日球層頂是太陽風的邊界。存在這樣的邊界是因為太陽風的壓力與外界物質的壓力平衡了。而所謂太陽系，是以太陽為中心，以及其他所有受到太陽的引力約束天體的集合體。即使身處太陽風外，只要天體還是受太陽引力控制、圍繞太陽做旋轉，那它就還在太陽系內。

天文上經常用「天文單位」（縮寫為AU）作為距離單位，一個天文單位就是地球到太陽的距離（約1.5億公里）。上文說到的冥王星，它的軌道距離太陽是30-49 AU；旅行者號探測器所飛過的日球層邊界，大概在120 AU附近；而在太陽系的外圍，有被稱為「奧爾特雲」（Oort Cloud）的天體群圍繞太陽旋轉，其範圍甚至可以從上千AU到10萬AU，根據估算，旅行者號可能還要繼續飛行300年才接近奧爾特雲內側的邊緣，然後再飛3萬年來穿越它。所以，日球層頂遠遠不是太陽系的邊界。

太陽系的奧爾特雲（Oort Cloud）（來源：https://space-facts.com/oort-cloud/）

留言區·精選

@ Alberty

當然不是，日球層只是太陽磁場和太陽風所控制或者佔主導的區域，就像地球磁層是地球磁場所控制或者佔主導的區域，日球層外還可能有遙遠的太陽系成員在圍繞太陽運轉，就像地球的衛星月球，每一次繞地公轉都要超出地球磁層之外，但這並不意味著這個天然衛星脫離了地月系統。因此，有空間物理常識的人，都不會把日球層頂錯誤地當作太陽系邊界。

@ 周登峰

日球層是太陽和太陽風影響的區域。日球層以外的區域叫做局地星際介質。由於日球層內外壓力不同，日球層存在類似於磁層的結構：日球層頂把太陽風等離子體與星際起源的等離子體分開，大約位於50~150AU；日球層頂之外可能有弓激波存在；日球層頂內還有一個太陽風終端激波。

感謝大家的支持，我們下期再見！

喜歡這篇文章嗎？立刻分享出去讓更多人知道吧！