旅行者2号探测器出乎意料地干净利落地脱离太阳系

首批关于该航天器进入星际空间的科学成果已经发布,揭示了比其前辈更简单的脱离过程

插图显示了美国国家航空航天局的旅行者1号和旅行者2号探测器在日球层(环绕我们恒星的区域)之外的位置,星际空间从那里开始。

天文学家发布了美国国家航空航天局旅行者2号探测器于2018年末进入星际空间的首批结果,揭示了与其姊妹探测器旅行者1号于2012年首次穿越时的一些显著差异。数据显示,尽管旅行者1号的脱离相当“混乱”,但旅行者2号的脱离要干净得多,因为它离开了太阳的影响,踏上了前往银河系的旅程。

科学家利用旅行者2号探测器的等离子体科学实验(一个在旅行者1号早期进入星际空间时无法工作的仪器)的数据,证实了旅行者2号的脱离发生在2018年11月5日。当时,旅行者2号记录到来自我们太阳的“太阳风”粒子突然减少,同时,涌入的银河宇宙射线数量和星际磁场强度也相应增加。总而言之,这些数据表明,该航天器已经超越了太阳影响范围的边界,即所谓的日球层顶——大致定义为星际空间开始的点。旅行者号探测器都在1977年相隔数周发射升空,进行外行星大巡游,并且迄今为止是仅有的人造机器到达星际空间。

在一系列发表于《自然·天文学》杂志的论文中,五个独立的科学家团队分析了旅行者2号的数据,以将其穿越过程与旅行者1号进行比较。尽管旅行者1号在离开太阳的影响范围(称为日球层)后,大约花了28天的时间才穿过日球层顶,但旅行者2号只用了不到一天的时间就做到了。“在旅行者1号上,我们发现甚至在我们离开日球层之前,我们就发生了两次与‘外部’连接的事件,”旅行者项目科学家、其中一篇论文的第一作者埃德·斯通说。“在旅行者2号上,情况恰恰相反。我们已经在外边了,但我们仍然能看到粒子从内部泄漏出来。”


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两个航天器进入星际空间时与太阳的距离相似——旅行者1号为121.6天文单位,旅行者2号为119天文单位(一天文单位,即地球到太阳的距离)。但旅行者1号似乎是独一无二的,它穿过了一个所谓的停滞区,横跨8.6天文单位,在那里,航天器周围的等离子体运动几乎降至零(科学家们能够从其他仪器中推断出这一点,尽管该航天器没有可工作的等离子体仪器)。“基本上,等离子体就停在那里,”来自麻省理工学院的约翰·理查森说,他是另一篇论文的第一作者。

相比之下,旅行者2号没有遇到等离子体停滞的区域,而是穿过了一个所谓的过渡区,太阳等离子体的流动强度和方向开始发生变化,然后是一个“边界层”,涌入的宇宙射线粒子增加,最后干净利落地穿过日球层顶。“旅行者1号似乎更混乱,”南非西北大学的杜托伊特·斯特劳斯说。“旅行者2号的结构似乎更简单,目前尚无法解释。这可能是由于[太阳11年太阳活动周期期间太阳活动减少],而旅行者2号穿越时,日球层顶正在向内移动。”

尽管如此,约翰·霍普金斯大学的斯塔马蒂奥斯·克里米吉斯和他的同事在他们自己的论文中写道,尽管两个航天器彼此相隔165天文单位,但两次穿越发生在太阳活动水平明显不同的情况下,距离却相似,“这令人瞩目”。总体结果对日球层可能的结构提出了一些有趣的问题,关于日球层是球形气泡还是更像彗星,由于太阳在银河系中的运动而向后延伸出一条尾巴,存在一些争论。“它似乎介于两者之间,”斯特劳斯说。“我们不知道日球层的确切形状,这相当令人沮丧。”

旅行者1号和旅行者2号都从这颗彗星的假定“头部”进入星际空间,因此需要向另一个方向发射探测器才能弄清楚是否真的存在尾巴。科学家们一直在讨论发射新的星际探测器的可能性,尽管这样的任务最早可能也要到2030年代才会发射。在那之前,人类的两名勇敢的星际旅行者将继续定义我们当前的理解。并且由于探测器有可能再工作十年,科学家们期待着它们在更深远的星际空间中进行的进一步测量。

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