作者:Charlie Wood

旅行者2号飞离太阳系“保护罩”
Credit:NASA

太空广袤,但也不是真的“空”。仔细看看就会发现,即使是恒星之间的空隙也与超高速的粒子交织在一起,大爆炸遗留物以几乎光速穿过宇宙。

旅行者2号于40多年前离开地球探测外行星,目前刚刚发现这些早期遗留物增加了5%。新的测量结果说明探测器在接近太阳的保护影响边缘,这对研究人员来说就是定义了星际空间之间的界线。跨越该边界将为确定其形状提供有价值的第二个数据点,但旅行者2号离开太阳系的具体时间时仍然未知。

加州理工学院的旅行者项目科学家Ed Stone在一份新闻稿中表示:“我们发现旅行者2号周围的环境发生了变化,我们将在接下来的几个月里了解到很多东西,但我们仍然不知道什么时候才会到达真正的边界。”

此前旅行者1号返回的数据显示,2012年5月,其记录的宇宙射线也有类似的增加。除了光线外,太阳还向各个方向喷出带电粒子的等离子体。太阳风太过热,无法通过行星向外流动,被推回星际粒子形成一个研究人员称之为“日光层”的“气泡”。三个月后,即8月25日,旅行者1号老化的仪器检测到太阳粒子的下降和星际粒子的进一步上升 - 这有力的证据表明它最终离开了日光层。

许多边界
从太阳风的角度来看,离开日光层意味着离开太阳系。在接下来的几个月到几年里,旅行者2号也会跟进旅行者1号的步伐,检测到星星之间相对静止中存在的粒子和磁场。但太阳风不是太阳发挥其影响力的唯一途径,如果把太阳系看作是围绕太阳重力的岩石和气体的集合,那么两个旅行者还有很长的路要走。

可视化这种巨大距离的最简单方法是使用天文单(AU)。1AU是太阳和地球之间的距离。两个旅行者探测器不是朝着同一个方向前进,但是旅行者1号目前距离太阳约143AU,而旅行者2则是118AU。它们都超过海王星30AU,但是还有更远。例如,最近发现的'Goblin'的轨道半径超过2000 AU,一系列被称为“欧特云”的小星体带延伸到数万甚至数十万AU。NASA 预计旅行者号将在2万年内进入该区域。

旅行者2号在星际空间加入旅行者1号的行程将是一项具有里程碑意义的成就。与这些遥远的机器交换信号需要巨大的资源,NASA每天在其深空网络上花费七到十个小时的宝贵收听时间来获取越来越暗淡的数据。先驱者10号探测器也在靠近边界的地方,但它在2003年停止返回信号了。目前共有五艘太空船正在快速行驶以完全逃离太阳系,但其中两架已经不复存在,而第三架,新地平线号,预计会在离开之前耗尽燃料。

漏气的气球
旅行者2号的核电源应该能持续到2025年左右 - 可能足够长,以便对星际空间进行采样 - 但大家都不知道这些数据何时能够回传。虽然旅行者1号在记录宇宙射线增加的三个月后越过边界,但旅行者2号正朝着日光层的不同部分前进,而日光层本身可以迅速改变形状。

波士顿大学研究日光层形状的天文学家 Merav Opher 说:“所有这些边界都可能随着太阳活动而移动,我们真的不知道它们在哪里。” 在太阳的11年周期中更加活跃的时候,例如我们现在所处的周期,太阳像气球一样吹大日光层,在几年的时间里将边界推出几个AU。在周期的后期,一个不太活跃的太阳会让边界回缩一些。

日光层的形状可能不像其名称所暗示的那样均匀。 “一般来说,大自然没有非常平滑的界限。问题是如何波动和规模如何,“ Opher说。她过去的模拟表明边界甚至可能形成更像是船尾而不是球体的形状。

旅行者1号对该边界的近距离观察带来了许多启示。首先,日光层比物理学家想象的更为松动,会有磁性连接,允许在某些区域进行交换粒子。旅行者1号的探测器已经探测到了一系列向外指向的脉冲,这些脉冲是由来自太阳的物质突然喷射引起的,并且已经发现了一种意外的温和的星际物质堆积,这表明太阳系在银河系漫游的程度比天文学家想象的更少。Opher对旅行者2号更加兴奋,因为它与1号不同 - 它仍然有一个现役的等离子探测仪器,应该能够记录边界和星际介质的第一类数据。

即使有我们前所未有的细节,这两个旅行者收到的数据可能还不足以确定太阳的保护泡的形状。研究人员还需要来自当前IBEX(星际边界探测器)和即将进行的IMAP(星际测绘与加速度探测器)任务的数据,以远程调查日光层的整体几何形状。 Opher 将该项目比作在多个具有不同观点的观察者的帮助下解决谋杀案一般。“有人有房间里的所有小工具,另一个人远程拍了房间的照片,我们必须用两者重建日光层的行为。”

解决这一谜团可能会产生普遍的影响。天文学家可以得知,围绕其他恒星的“星球”也会在它们周围的空间产生波浪,但是它们的等离子体仍然太稀疏而无法直接探测。弄清楚太阳如何塑造我们的星际环境并保护我们免受某些宇宙射线的影响将是了解在其他地方发生相同过程的地方和步骤的重要一步。

“如果想研究生命如何在其他恒星系统中发展,就需要了解其他星系团的行为,”Opher说。 “让我们从自己家开始研究吧。”

HW:作为天文爱好者的我安利《宇宙兄弟》

本文译自 popsci,由译者 HW 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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