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  • 旅行者2号抵达星际空间,给我们带来了它的新发现

    太阳引力范围与宽广的银河系之间的边界区域是复杂的。

    旅行者2号抵达星际空间,给我们带来了它的新发现

    图解:美国国家航空航天局(NASA)发射的旅行者2号在2018年11月飞出太阳系,进入广阔的系外空间,而它的姊妹航天器旅行者1号于六年前飞出太阳系。旅行者2号传回来的数据帮助科学家描绘出太阳日球层的结构。(日球层,即由太阳创造并环绕其自身的巨大气泡状空间区域。)

    人类对星际空间的第二次探索所引出的问题比它回答的更多。

    2018年5月,美国国家航空航天局发射的旅行者2号空间探测器脱离了日球层——太阳围绕自身所发射出的带电粒子形成的巨大气泡,六年多以前,作为先驱探测器的旅行者1号做了同样的事情——飞出了太阳系。

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    旅行者2号从日球层的南半球飞离,研究任务小组目前尚有时间对其作出评估, 而六年多年前,旅行者1号是在日球层的北半球飞离的。11月4日,《自然天文学》杂志发表的一系列的五篇论文中,报道了旅行者2号探测器在穿越星际空间期间返回的首批数据。

    任务团队现在有一些时间来评估旅行者2号在南半球的离开(相对于旅行者1号在北半球的离开)。在11月4日《自然天文学》杂志在线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。

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    旅行者2号传回的数据充满了惊喜。例如,旅行者2号在距离太阳约119个天文单位(AU)时,穿越了太阳风顶层(太阳风层和星际空间之间的边界)。1AU即1个天文单位,是日地平均距离,大约为9300万英里,或1.5亿公里。六年多前,旅行者1号几乎在相同的距离,穿越了太阳风顶层,即121.6个天文单位。

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    这种连贯性“非常奇怪,考虑到旅行者2号的穿越发生在太阳活动极小期,此时太阳的活跃度是最低的,而旅行者1号的穿越发生在太阳活动极大期,”一篇旅行者2号论文的第一作者Stamatios Krimigis(斯塔马提欧斯·克里米吉斯)在与记者的电话会议上做出如此表示,并提及了太阳的11年活动周期。

    克里米吉斯补充说:“如果我们对数据照单全收,我们预计确实会有所差异。”他就职于马里兰州劳雷尔市的约翰霍普金斯大学应用物理实验室和希腊雅典学院的空间研究与技术办公室。

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    位于帕萨迪纳的加州理工学院的旅行者项目科学家埃德·斯通也强调了太阳气泡的活力。他在同一次电话会议中提及,“日光层自身也在呼吸吐纳”。

    斯通说,除了克里米吉斯提及的日球层的大规模膨胀和收缩外,还有短期的日冕扰动,这是由日冕抛射物引起的,这种强烈的太阳活动会把大量的高能粒子抛向太空。

    “这是一个非常复杂的互动,我们正在研究,”斯通说,他领导了一项新的研究,并共同撰写了另一项研究。

    旅行者2号对星际磁场的测量结果也很有趣。美国国家航空航天局马里兰州戈达德太空飞行中心的伦纳德•伯拉加表示,在2012年旅行者1号穿越日球层之前,该团队预计将看到日球层外部磁场和内部磁场的方向之间的显著差异。

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    但是和今天所知的旅行者2号发现的一样,旅行者1号也发现了星际场和日球场的高度一致。从而判断出这个现象是真实的,而非不可靠的巧合。

    《自然天文学》杂志新发布的一篇论文的第一作者和另一篇合著的共同作者在电视会议上说:“我们要对磁场何不发生变化有一定的了解。”

    伯拉加还补充道:“这种一致肯定是通过某一过程产生的,只不过这一过程我们还不了解。”

    然后是两个航天器都观察到的“泄漏”。 旅行者1号在接近日球层时,在两次不同的情况下都检测到了星际粒子,研究任务小组将这一发现归因于两个侵入的“星际磁流管”。 但是旅行者2的经历却恰好相反:探测器离开日球层一会儿后才发现了一些太阳粒子。

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    旅行者1号和2号或许会把太阳能气泡流到不同空间,这将为日球几何学领域带来突破。克里米吉斯说:”但是我们还不能确定这个问题的真正答案。”

    两个探测器还报告了其他差异。 例如,旅行者1号观察到,太阳风的速度(太阳风即太阳不断喷射出的带电粒子流,它使日球层不断“膨胀”)在接近日球顶层时几乎下降到零。 但是旅行者2号几乎在整个穿越过程中都测量到了相对较高的太阳风速度。 而且旅行者2号的观察数据表明,比起旅行者1号的数据,实际日球顶层更加平滑且厚度更薄(尽管两个航天器显然都在不到一天的时间内穿越了日球层的边界)。

    一次接近终点的长途旅行

    旅行者1号和2号在1977年相隔几周发射,肩负着史无前例的“大游行”任务——遍游太阳系的各大行星。旅行者1号和旅行者2号都飞过木星和土星,但是,旅行者2号在这之后还疾驰过天王星和海王星。

    在1989年8月,旅行者2号与海王星擦肩而过后,这两个航天器进入了一个新的任务阶段——“旅行者”号星际任务。他们会继续航行进遥远的未知世界,照亮他们飞过的地方。

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    在那时我们对那个遥远的太阳光无法到达的黑暗世界几乎一无所知。

    “我们不知道星系泡有多大,”Stone说,“我们也确实不知道航天器是否坚持到达气泡边缘并离开星系泡进入星际空间。”

    (简单说明:进入星际空间和离开太阳系并不是一样的,因为太阳的引力影响远远超出了日球层。事实上,距太阳成千上万天文单位远的奥尔特星云里上万亿的彗星轨道仍被认为是太阳系的一部分。)

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    但是旅行者号已经接近太阳系的尽头。每个航天器都拥有三个放射性同位素热电发生器(RTGs),RTGs将钚238放射性衰变产生的热转化成电力给航天器供能。随着时间流逝,越来越多的钚238发生衰变,RTGs输出的能量降低。

    为了充分利用剩余的核燃料,任务团队已经采取相关措施,关闭了某些加热器和科学仪器,以降低电力需求。(旅行者2号中原来的10个仪器中只保留了5个继续工作,但旅行者1号只保留了4个。它的等离子光谱仪在1980年出现了故障)。斯通说“但没有更多的方法来降低航天器的能耗 ,每一架旅行者可能只需要收集和传回5年左右的数据。”

    那些五年可能十分有成效,有可能揭示“真正的”星际介质的关键特征。星际介质是在日光层附近混乱且复杂的地带以外的广大区域,在这里,我们的太阳气泡产生了巨大影响。

    例如斯通说“随着我们走得越远,我们会在外面看到磁场变得缓慢,但确实会发生某种扭曲,然后转为延伸到一种遥远的不受干扰的状态吗? 我们可以在没有日球层干扰引起磁场改变的情况下,得到日球层的范围并测量银河系吗?”

    其他重要问题只有在启动新任务后才能得到回答。 例如,我们仍然不知道日球层的形状,无论它大致是个球形还是像彗星一样有个长尾巴。 旅行者1号和2号都从太阳系的“头部”匆匆离开,其前缘会在我们太阳系绕银河系中心的长轨道上穿越星际介质。

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    "爱荷华大学的唐·古内特(Don Gurnett)说:“如果日球层的尾巴真实存在,我们当然希望有一架航天器能走到其尽头。但是,尾巴可能真的很长,可能有数百天文单位。”

    旅行者1号和2号目前分别距离地球148和122.4个天文单位,彼此之间相距160个天文单位。美国国家航空航天局的新视野号冥王星探测器是第二个遥距操作航天器,距离地球仅46个天文单位。

    克里米吉斯说“我们不应该依赖新视野号的星际数据,因为它在距离我们90个天文单位之外时,可能会断电。”(但是新视野号将继续收集有关柯伊伯带和外海王星天体环的有趣数据,并一直持续到未来。新视野号项目组成员表示“飞船已经在该地区进行了两次飞越,一次是冥王星,一次是小天体2014MU69,并且如果美国宇航局批准另一项拓展任务,它仍有足够的燃料进行下一次飞越。

    参考资料

    1.Wikipedia百科全书

    2.天文学名词

    3. Mike Wall- livescience-瑜 :早早皿 :七七 :Li熊猫 :花斤 :埃尔

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