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2018年11月，美国国家航空航天局(NASA)的旅行者2号(Voyager2)飞船进入了星际空间，这比它的孪生兄弟旅行者1号(Voyager1)晚了六年多。来自旅行者2号的数据进一步描述了日球层的结构。(图片：NASA/JPL-Caltech) 第二次到达星际空间之后，人类得到的问题似乎比答案还要多。 2018年11月5日，美国国家航空航天局(NASA)的旅行者2号(Voyager2)探测器飞越了日球层——即太阳在自身周围吹出的巨大带电粒子气泡。 任务团队日前终于有时间来研究旅行者2号离开日球层的过程了。11月4日，在《自然天文学》杂志网络版发表的五篇系列论文中，研究人员报告了探测器进入星际空间时的测量结果。 这些数据充满了惊喜。例如，当旅行者2号穿越日球层顶的时候，探测器距离太阳119个天文单位(AU，一个天文单位是地球到太阳的平均距离，约9300万英里/1.5亿公里。)而当旅行者1号穿越日球层顶的时候，它的距日距离也差不多，当时的距离是121.6个天文单位。 其中一篇旅行者2号论文的第一作者StamatiosKrimigis在日前的电话记者会议中表示，这种一致性"非常奇怪，因为在某种意义上旅行者2号的穿越发生在太阳活动周期的低谷期，而旅行者1号的穿越发生在太阳活动周期的高峰期。"(这里指的太阳活动周期以11年为一个周期)。 Krimigis在马里兰州劳雷尔的约翰霍普金斯大学应用物理实验室和希腊雅典学院的太空研究与技术办公室工作，他表示："如果按我们的模型来看的话，我们认为两者之间应该会有一些差异才对。" 帕萨迪纳加州理工学院的旅行者项目科学家埃德·斯通(EdStone)也强调了日球层的动态变化。他在同一次电话会议上说："日光层本身也在不断变化。" 斯通说，除了Krimigis指出的日球层大规模膨胀和收缩之外，日冕物质抛射(将大量太阳等离子体抛向太空的强力爆炸)也会引起日球层出现短期扰动。 斯通是其中一项新研究的主要作者，同时也是另外一项新研究的合作者，他表示："我们正在研究的是一种非常复杂的相互作用。" 旅行者2号对星际磁场的测量结果也很有趣。NASA马里兰州戈达德太空飞行中心的LeonardBurlaga是其中一项新研究的主要作者，也是另外一项研究的合作者，他表示，在旅行者1号穿越日球层之前，团队预计日球层内部和外部的磁场方向会有着明显的差异。 但是旅行者1号和旅行者2号发现星际磁场与日球层磁场在很大程度上还是一致的，而且这似乎是一个真实的现象，而不是偶然的巧合。 Burlaga在电视节目上说："我们对磁场的这种一致性只能抱着不求甚解的态度，"他补充说，这种一致性背后肯定是有着某个过程的，但"根本就没人知道这个过程是什么。" 然后还有两个航天器观测到的"泄漏"情况。旅行者1号在接近日球层顶的时候曾经两次探测到星际粒子，任务团队将这一发现归因于两个入侵"星际通量管"。但旅行者2号的经历却恰恰相反：探测器在离开日球层一段时间之后还探测到了一些太阳粒子。 旅行者1号和旅行者2号是在不同的地方离开日球层的，所以这种差异可能与太阳层的几何结构有关。"但我们真的不知道为什么会这样，"Krimigis说。 有两项调查还报告了其他差异。例如，旅行者1号观察到太阳风的速度在接近日球层顶的时候几乎降至零。但是旅行者2号在穿越日球层之前几乎全程都测量到了相对较高的太阳风速度。而且，虽然两艘飞船都在不到一天的时间内穿越了日球层顶，但旅行者2号观察到的日球层顶要比旅行者1号观测到的要更平滑、更稀薄。 接近终点的长途旅行 1977年，旅行者1号和旅行者2号前后相隔几周发射升空，它们的任务是对太阳系中的巨型行星进行探访，进行一次前所未有的旅行。旅行者1号飞过了木星和土星，而除了木星和土星之外，旅行者2号还飞过了天王星和海王星。 1989年8月，在旅行者2号与海王星相遇之后，这两艘宇宙飞船就正式进入了一个被称为旅行者星际任务的新阶段，在这个阶段，它们会飞向遥远的未知世界，在飞行中点亮黑暗。 那时候遥远的世界对我们来说几乎就是完全黑暗的，人们对日球层之外的环境知之甚少。 斯通说："我们不知道日球层有多大，我们也不知道飞船能活到离开日球层，并且进入星际空间。" (这里要说明一下：进入星际空间和离开太阳系不是一回事，因为太阳的引力影响远远超出日球层。数以万亿计的彗星在奥尔特星云中运行，它们离太阳有几千个天文单位，但它们仍然被认为是太阳系的一部分。) 但是旅行者号航天器已经接近它的终点了。每个旅行者航天器都由三个放射性同位素热电发生器(RTGs)提供动力，这些热电发生器会将钚238放射性衰变产生的热量转化为电能。但随着越来越多的钚衰变，RTGs的功率输出会随着时间的推移而下降。 任务小组已经采取措施去最大限度地利用剩余的核燃料，他们逐渐关闭了某些加热器和科学仪器，以降低航天器的电力需求。("旅行者2号"保留了原有10台仪器中的5台，"旅行者1号"只保留了4台仪器，它的等离子光谱仪在1980年就已经失灵了。)但是斯通说，这样降低电力需求的手段已经不多了，所以每个旅行者航天器收集和返回数据的时间可能只剩下5年左右。 这剩下的五年可能会是非常多产的五年，旅行者号有可能会揭示"真正"星际介质的关键特征。星际介质指的是在日球层附近的复杂带状区域之外的广阔区域，在那里我们的日球层有着相当大的影响。 例如，斯通说，"当我们移动到更远的地方时，我们会看到日球层外的磁场会缓慢但必然地发生扭曲和转向，放松回到一种不受干扰的状态，那更远的地方有什么呢?我们究竟可以离日球层多远?在离开日球层影响的前提下，我们可以对银河系做出怎样的测量?" 其他重要的问题只有新的任务才能回答。例如，我们现在仍然不知道日球层的形状，它是近似球形还是有一个长长的彗星状的尾巴?(因为两艘旅行者号飞船都是从日球层的"头部"飞出去的。) 艾奥瓦州大学的唐·格内特(DonGurnett)是《自然》杂志最新一篇天文学论文的第一作者，他表示："如果日球层有尾的话，我们当然希望能有一艘宇宙飞船在日球层的尾部穿越到星际空间，不过日球层的这个尾巴可能会很长，可能有几百个天文单位那么长。" 旅行者1号和旅行者2号目前分别距离地球148AU和122.4AU，彼此距离160AU。除了旅行者号之外，第三遥远的宇宙飞船就是NASA的新视野号冥王星探测器，目前距离地球46个天文单位。 我们应该不能指望新视野号能传回来什么星际数据了;Krimigis说，到距离地球90个天文单位左右的时候，这艘宇宙飞船可能就已经耗尽能量了。但"新视野号"将会在未来继续收集关于柯伊伯带(柯伊伯带是海王星外的天体环)的有趣数据。"新视野号"团队成员表示，"新视野号"已经在该地区进行了两次飞越任务——一次是飞越冥王星，另一次是飞越体积较小的"2014MU69"——如果NASA再次批准任务延期的话，"新视野号"仍然有足够的燃料再次进行飞越。 |
