“旅行者2號”飛出太陽系後，這五件事你應該知道

格尼特什麼意思

一年前，美國宇航局的“旅行者 2 號”成為了歷史上第二個飛出太陽系並進入星際空間的人造探測器。“旅行者 2 號”發射於 1977 年 8 月 20 日——比其姊妹探測器“旅行者 1 號”早了 16 天，後者已於 2012 年從北部飛離了太陽系。“旅行者 2 號”則踏上了更加漫長的旅程，成為了目前唯一與天王星和海王星有過近距離接觸的探測器。之後，它將從南面離開太陽風層（太陽系最邊緣的區域，有時被稱作“氣泡”），進入星際空間。

2018 年 11 月 5 日，隨著探測器越過太陽風層頂，“旅行者 2 號”正式飛離太陽系。太陽風層頂是太陽風層與星際空間的分界線，這裡距離太陽有 119 個天文單位之遠（一個天文單位為 9300 萬英里或 1。496 億千米，大致為太陽和地球之間的距離）。

“旅行者 2 號”可以分析太陽風的構成、等離子體粒子的構造與變化、宇宙射線的相互作用、磁場的結構與方向，以及其他太陽系邊界的特徵。

在《自然·天文學》雜誌上發表了一系列與“旅行者 2 號”有關的論文，詳細介紹了該探測器飛出太陽系時的觀測結果。以下是五個最為重要的方面。

1. 從兩個方向來看，氣泡正在洩漏

“旅行者 2 號”飛出氣泡時獲得了意外發現。來自約翰·霍普金斯大學的斯特馬蒂奧斯·克里米吉斯是其中一篇新論文的第一作者，他表示，探測器收集到的資料顯示出氣泡有“很大的漏洞”。“旅行者 2 號”在星際空間中發現了來自太陽風層內的物質。

“旅行者 1 號”同樣也發現了氣泡破裂的跡象。另一篇論文的第一作者，來自加州理工學院的愛德華·斯通說道，“旅行者 1 號”發現星際物質正在向氣泡內湧入，這與“旅行者 2 號”的發現恰恰相反。儘管我們尚不清楚漏洞形成的原因，但來自太陽風層兩處不同位置的新發現卻證實了，太陽風層頂存在的漏洞屬於氣泡的常見特徵。

2. 氣泡的邊界比我們想象中更加穩定

在“旅行者號”探測器發射之前，科學家曾預測，隨著距離太陽越來越遠，太陽風層會逐漸融入星際空間。不過，這篇論文的第一作者，愛荷華大學的唐納德·格尼特表示：“事實上，太陽風層與星際空間之間存在非常清晰的界限。”“旅行者 2 號”似乎證明了這一點。該探測器搭載的等離子波測量儀所記錄下的等離子密度，與“旅行者 1 號”的測量結果大致相同。由於太陽等離子的溫度非常高（大約 100 萬攝氏度），而星際空間等離子的溫度非常低（只有 1 萬攝氏度），所以在跨過邊界時等離子的密度會躍升 20 到 50 個數值。格尼特還說道，“這正是流體的特徵，通常會形成非常明顯的邊界。”

尤其令克里米吉斯驚訝的是，兩艘探測器在相近的距離上穿過了太陽風層（分別為 121 個天文單位、119 個天文單位）。此前的模型預測，2012 年“旅行者 1 號”穿越太陽風層時的強烈太陽活動將氣泡的邊界推到了更遠的地方。而去年“旅行者 2 號”進行穿越時，有所減弱的太陽活動又將氣泡的邊界向內拉回來了一些。兩艘探測器在兩個不同的位置以近乎相同的距離飛離了太陽系，事實上，這正是當時不穩定的太陽活動所造成的結果。

3. 太陽風層頂的構成會隨著位置的變化而變化

“旅行者 2 號”同樣也進行了一些觀測活動，其結果卻與氣泡具有明確界限的事實不一致——至少情況並不像我們想象的那樣。其中最主要的問題集中在氣泡內外磁場的測量方面。天文學家估計，兩艘探測器所測量的磁場方向會各不相同。然而，該論文的第一作者，美國宇航局哥達德太空飛行中心的萊昂納德·伯拉加表示，當“旅行者 2 號”穿越較薄的表面時，“磁場方向基本沒有發生變化”——這與“旅行者 1 號”的觀測結果相一致。與此同時，“旅行者 2 號”的磁場觀測資料顯示出，這裡的太陽風層頂比“旅行者 1 號”經過的區域更加稀薄，並且含有較少的高能粒子。這些資料再次給我們帶來了更多的謎題。

4. 太陽的影響超出了太陽系的範圍

太陽會持續不斷地噴射出被稱為日冕物質拋射（CMEs）的等離子衝擊波，這種衝擊波有助於太陽系的塑造。事實證明，太陽的影響超出了太陽系的範圍。“旅行者 2 號”獲得的新資料與之前“旅行者 1 號”的資料一樣，都顯示出了日冕物質拋射傳播到太陽風層頂外並且削弱宇宙輻射的過程。格尼特表示，“這有點類似於你在銀河系中所發現的情況。”超新星也會向銀河系中發射衝擊波，攪動星際介質，不過這種衝擊波要比日冕物質拋射強烈很多。他還說道，“大多數的天文學家認為，太陽系的形成源於超新星所發射出的星際衝擊波。”

如果我們認為宇宙射線促進了地球上生命的基因突變，那麼不論是在太陽系還是其他類太陽系行星系統，這些發現也能夠支撐恆星可以影響地外生命的進化這一觀點。

5. 這次發現是"旅行者"專案最主要的里程碑

斯通表示，“兩艘‘旅行者’探測器發射時，設計使用壽命只有 20 年。那個時候，我們很難想象 40 年後它們會變成什麼樣子。”

觀測太陽風層頂依然是兩艘探測器的最後任務。它們的能源來自使用鈽 238 的同位素溫差發電機。鈽 238 正在經歷自然衰變的過程。斯通還說道，“我們清楚，再過五年左右，探測器將沒有足夠的燃料來維持科學儀器的運作。”

兩艘探測器將繼續幫助我們瞭解太陽風層與星際介質的作用過程，以及有關其他星系的線索。斯通表示，“我們認為每個星體都具有這些特徵。有關太陽風層的發現將幫助我們進一步瞭解其他天體。”

雖然美國宇航局依然在監控這兩艘“旅行者”探測器，並繼續與之保持聯絡從而獲取資料，但是將這些資料轉化為科學發現已經成為了美國各個科研機構的科學家們的職責所在。目前，並沒有新的任務來接替“旅行者”計劃（唯一航行過這麼遠的“新地平線號”探測器將會在到達 90 個天文單位時用盡所有的燃料）。然而，“旅行者”任務的成功以及發現的問題，無疑會激勵科研工作者提出新的方案，以推動有關太陽風層以及星際空間的研究。