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更新時間:2019年11月13日 08:54:56

“旅行者2 號”星際穿越看到了什么

■ 張瑩 

    一年前,美國“旅行者2號”探測器飛出日球層,成為繼“旅行者1號”之后第二個進入星際空間的人類探測器。
    “旅行者2號”從太陽系進入星際空間看到了什么?近日出版的新一期英國《自然·天文學》雜志刊發一組論文,詳解“旅行者2號”傳回的首批“星際穿越”數據,讓人們得以窺見太陽系與星際空間“接壤”之處的神秘圖景。
    觀測到對稱的日球層
    美國航天局噴氣推進實驗室在一份公報中介紹,“旅行者2號”搭載了5個科學探測設備。此次發表5篇論文,每篇側重解釋一個探測設備所獲數據。
    在論文中,研究人員確認,“旅行者2號”于2018年11月5日飛出日球層進入星際空間。此時,該探測器距太陽約180億公里。信號以光速從該位置傳回地球需要超過16小時。
    日球層猶如太陽風吹出的巨大“氣泡”,太陽系行星都處在“氣泡”內。“旅行者1號”2012年飛出日球層時距太陽約183億公里,這之前科學家并不知道這個“氣泡”究竟有多大。
    對比兩個探測器的“穿越”位置可為研究日球層結構提供線索。參與研究的美國艾奧瓦大學學者比爾·庫爾思說,通過對比兩個探測器的穿越點可基本看出日球層形狀是對稱的。
    對比數據還揭示了日球層頂的某些特征,比如在不同位置日球層頂厚度不同。日球層頂是日球層最外緣邊界,太陽風與星際風在這里達到平衡。科學家認為日球層頂會隨太陽活動移動,就好像肺部隨著呼吸擴張和收縮一樣。
    探明太陽系和星際空間的邊界
    太陽系與星際空間的邊界地帶充斥著哪些物質?“旅行者2號”也獲得一些線索。進入星際空間時,它搭載的高能粒子探測儀檢測到日球層粒子數量驟降,同時宇宙射線量劇增并保持在高水平。此前“旅行者1號”發現日球層可以將地球及其他行星受到的宇宙射線輻射減少七成以上。
    兩個探測器獲得的數據均顯示,它們完成穿越時周圍等離子體密度劇增。等離子體是由正負離子、電子及中性粒子組成的特殊物質形態。科學家此前已知,日球層內的等離子體熾熱而稀疏,星際空間內的等離子體冰冷而密實。
    參與研究的艾奧瓦大學榮譽教授唐納德·格尼特說,最新數據表明“那種認為太陽風在深入宇宙空間時逐漸減弱的老觀點是不正確的”。等離子體密度劇烈變化意味著,太陽系和星際空間之間有一個明確邊界。
    “旅行者2號”數據證實,星際空間邊界的等離子體溫度確實低于日球層內等離子體,但比此前預期略高。數據還顯示,“旅行者2號”飛離日球層前等離子體密度也曾略微升高,表明等離子體在日球層內緣和外緣經過了兩次壓縮,但尚無法解釋原因。
    “旅行者”項目科學家、美國加州理工學院物理學教授愛德華·斯通說:“‘旅行者’探測器向我們展示了太陽與填充銀河系恒星間大部分空間的物質如何相互作用……如果沒有‘旅行者2號’傳回的新數據,我們就無法知道‘旅行者1號’看到的景象是整個日球層的特征,還是只與它穿越的地點和時間有關。”
    發現平行的宇宙磁場
    宇宙磁場廣泛存在于宇宙每個角落。“旅行者2號”磁場傳感器的觀測數據印證了“旅行者1號”的一個驚人發現:日球層頂外緣區域磁場方向與日球層頂內部磁場方向是平行的。
    科學家最初通過“旅行者1號”發現這個現象時,他們不確定這種有序的磁場排列是外部星際空間的普遍特征還是巧合,最新數據表明太陽系內外磁場方向很可能是一致的。
    1977年,美國發射了“旅行者1號”和“旅行者2號”探測器。不過名稱在后的“旅行者2號”反而先發射16天,它最初設計壽命為5年,用于觀測木星和土星,但此后繼續向太陽系邊緣飛行,又觀測了天王星和海王星,到現在已運行42年。目前,兩個探測器中速度較快的“旅行者1號”距太陽超過220億公里,較慢的“旅行者2號”距太陽約182億公里。
    美國航天局說,“旅行者”姊妹探測器上攜帶有關于人類文明的聲音、圖片和影像,有望在數十億年后仍然在宇宙中傳遞人類文明的信息。

 
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