旅行者2號探測器出乎意料地乾淨利落地脫離太陽系

首批關於該航天器進入星際空間的科學成果已經發布,揭示了比其前輩更簡單的脫離過程

插圖顯示了美國國家航空航天局的旅行者1號和旅行者2號探測器在日球層(環繞我們恆星的區域)之外的位置,星際空間從那裡開始。

天文學家釋出了美國國家航空航天局旅行者2號探測器於2018年末進入星際空間的首批結果,揭示了與其姊妹探測器旅行者1號於2012年首次穿越時的一些顯著差異。資料顯示,儘管旅行者1號的脫離相當“混亂”,但旅行者2號的脫離要乾淨得多,因為它離開了太陽的影響,踏上了前往銀河系的旅程。

科學家利用旅行者2號探測器的等離子體科學實驗(一個在旅行者1號早期進入星際空間時無法工作的儀器)的資料,證實了旅行者2號的脫離發生在2018年11月5日。當時,旅行者2號記錄到來自我們太陽的“太陽風”粒子突然減少,同時,湧入的銀河宇宙射線數量和星際磁場強度也相應增加。總而言之,這些資料表明,該航天器已經超越了太陽影響範圍的邊界,即所謂的日球層頂——大致定義為星際空間開始的點。旅行者號探測器都在1977年相隔數週發射升空,進行外行星大巡遊,並且迄今為止是僅有的人造機器到達星際空間。

在一系列發表於《自然·天文學》雜誌的論文中,五個獨立的科學家團隊分析了旅行者2號的資料,以將其穿越過程與旅行者1號進行比較。儘管旅行者1號在離開太陽的影響範圍(稱為日球層)後,大約花了28天的時間才穿過日球層頂,但旅行者2號只用了不到一天的時間就做到了。“在旅行者1號上,我們發現甚至在我們離開日球層之前,我們就發生了兩次與‘外部’連線的事件,”旅行者專案科學家、其中一篇論文的第一作者埃德·斯通說。“在旅行者2號上,情況恰恰相反。我們已經在外邊了,但我們仍然能看到粒子從內部洩漏出來。”


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兩個航天器進入星際空間時與太陽的距離相似——旅行者1號為121.6天文單位,旅行者2號為119天文單位(一天文單位,即地球到太陽的距離)。但旅行者1號似乎是獨一無二的,它穿過了一個所謂的停滯區,橫跨8.6天文單位,在那裡,航天器周圍的等離子體運動幾乎降至零(科學家們能夠從其他儀器中推斷出這一點,儘管該航天器沒有可工作的等離子體儀器)。“基本上,等離子體就停在那裡,”來自麻省理工學院的約翰·理查森說,他是另一篇論文的第一作者。

相比之下,旅行者2號沒有遇到等離子體停滯的區域,而是穿過了一個所謂的過渡區,太陽等離子體的流動強度和方向開始發生變化,然後是一個“邊界層”,湧入的宇宙射線粒子增加,最後乾淨利落地穿過日球層頂。“旅行者1號似乎更混亂,”南非西北大學的杜託伊特·斯特勞斯說。“旅行者2號的結構似乎更簡單,目前尚無法解釋。這可能是由於[太陽11年太陽活動週期期間太陽活動減少],而旅行者2號穿越時,日球層頂正在向內移動。”

儘管如此,約翰·霍普金斯大學的斯塔馬蒂奧斯·克里米吉斯和他的同事在他們自己的論文中寫道,儘管兩個航天器彼此相隔165天文單位,但兩次穿越發生在太陽活動水平明顯不同的情況下,距離卻相似,“這令人矚目”。總體結果對日球層可能的結構提出了一些有趣的問題,關於日球層是球形氣泡還是更像彗星,由於太陽在銀河系中的運動而向後延伸出一條尾巴,存在一些爭論。“它似乎介於兩者之間,”斯特勞斯說。“我們不知道日球層的確切形狀,這相當令人沮喪。”

旅行者1號和旅行者2號都從這顆彗星的假定“頭部”進入星際空間,因此需要向另一個方向發射探測器才能弄清楚是否真的存在尾巴。科學家們一直在討論發射新的星際探測器的可能性,儘管這樣的任務最早可能也要到2030年代才會發射。在那之前,人類的兩名勇敢的星際旅行者將繼續定義我們當前的理解。並且由於探測器有可能再工作十年,科學家們期待著它們在更深遠的星際空間中進行的進一步測量。

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