它从北京到上海只要一分多钟,但还是太慢了!

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据美国宇航局本月初的最新消息,发射于1977年的旅行者2号探测器历经40余年飞行,目前已飞至太阳系边缘的日球层顶附近,种种迹象表明它已经“接近星际空间”,它将成为继旅行者1号(同样发射于1977年,早于旅行者2号)之后,有史以来第二个飞离太阳系、进入星际空间的人类探测器!

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旅行者探测器

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“进入星际空间”?飞出太阳系?这些都是些什么东东呢?今天我们就来科普一下。

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如何知道探测器飞出了太阳系?

太阳风(“恒星风”)

太阳风是从太阳上层大气射出的超声速等离子体带电粒子流。在不是太阳的情况下,这种带电粒子流也常称为“恒星风”。太阳风是一种连续存在,来自太阳并以200-800km/s的速度运动的高速带电粒子流。

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从地球附近经过的太阳风的数值模拟

星际空间

星际空间是指恒星与恒星之间、弥漫着稀薄带电粒子的区域。这种带电粒子被称作等离子体。比如,我们从太阳系内部一直朝外飞,脱离了太阳系的范围,但还没有到达另一颗恒星的范围之前,就是在星际空间中。

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星际空间和太阳系(图中的椭圆就是太阳风能达到的位置,即太阳系的势力范围)

以姐妹探测器“旅行者1号”和“旅行者2号”来说,它们均携带了用于源自太阳系外的宇宙射线、源自太阳风及太阳系外的带电粒子的仪器,通过仪器检测宇宙射线、带电粒子等的数量变化,就可以知道探测器是仍在太阳系内,抑或是已经快要飞出太阳系了。

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太阳系

美国航天局(NASA)报告说,旅行者2号最近检测到的源自太阳系外的宇宙射线水平明显升高。不仅如此,旅行者2号探测器上用于检测带电粒子的仪器也监测到了类似幅度的较高能量宇宙射线水平升高。

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于1977年发射的旅行者探测器

这表明,旅行者2号已经抵达日球层顶附近,时间大约为8月下旬,这个里程碑也曾出现在旅行者1号上。在2012年,旅行者1号也出现经历了这种状况,并且在三个月后(2012年8月)正式抵达星际空间。

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日球层顶与星际介质形成的弓形激波(一旦飞出弓形激波,就算出了太阳系的家门了)

从俯视黄道平面的角度看,在旅行者1号和2号前出太阳系的方向上,日球层顶半径相差不大,可以认为旅行者2号很有可能在年底前正式离开日球层顶,脱离太阳风粒子的影响并进入星际空间。严格意义上说,日球层顶并非太阳系的界线,而是太阳风粒子能够影响的最远距离。在日球层顶之外,太阳风粒子无法推动星际介质,因此这里会形成一道弓形震波和氢气墙,肉眼看不见,是一道无形的边界。

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太阳风

截止2018年10月,旅行者2号与地球的距离大约在177亿公里,约为118个天文单位。旅行者1号在2012年确认飞出日球层顶时的位置为121个天文单位。一直到2017年11月,旅行者1号还进行了一次轨道修正。

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旅行者1号探测器的位置示意图(大约100多个天文单位)

在前出太阳系的速度上,旅行者1号和2号算是旗鼓相当,每年大约前进3至4个天文单位,每秒17公里左右。北京到上海的距离大约为1213公里,以旅行者探测器的速度只要70多秒,一分多钟就到了。

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比邻星(Proxima Centauri)

但这个速度放到宇宙尺度上还是太慢了,距离我们最近的恒星(比邻星)有4.2光年的距离,用旅行者探测器的速度要数万年才能走完。这就像拿着北上广的工资去三四线城市花,的确有一种人生赢家的感觉,但一拿到国际大都市,立马被打回原形。要知道在数万年前,人类刚刚学会了使用石器,显然在星际旅行上我们还没有更好的办法。

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“旅行者”探测器都要飞往哪儿?

两艘旅行者探测器是第一批脱离太阳风粒子影响,接触星际空间的人造物体,旅行者1号没有特定的飞行方向,因为朝哪儿飞已经不重要,反正都到不了,这是其一。

其二,太阳系周围的恒星也有相对运动的趋势,现在导航瞄得准准的,可时间一过几万年,恒星之间的相对位置全变了。如果非要在这份情怀上加个期限,我相信几万年能把所有人的期待给磨灭掉。旅行者2号目前对准的是望远镜座的方向,还是那句话,目的地不重要,重要的是一路上的经历,人生也是如此。

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探测器上携带了代表人类文明的问候

如果不出意外,并且参照旅行者1号的经历,2号探测器有可能在年底前进入星际空间;如果没有奇迹发生,2025年之后探测器上的所有仪器都会断电,核电池工作了将近50年左右也差不多歇菜了,NASA也完全失去对它们的控制。反正天很高,任它们飞吧。

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两艘旅行者探测器先后飞出日球层顶,再过几年就要彻底说拜拜了,感觉这是生离死别一般再也见不到了,但这种观点有可能是错误的。我们也不排除再过了若干年,航天技术有了革命性的突破,说不定还能追上它们,这不是没有可能。

NASA有无后续计划?

在旅行者探测器之前,美国宇航局还发射了两艘行星际飞船,分别为先驱者10号和11号。

2003年,先驱者10号在距地122亿公里外失去联系。2011年的时候,先驱者11号距离我们80个天文单位以上,相当于119亿公里。

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四大行星际探测器前出太阳系的示意图

由于两者的速度不够快,每年只前进3亿公里左右,按旅行者1号抵达日球层顶121个天文单位估算,两艘先驱者探测器目前还没有达到日球层顶的位置。两者前出太阳系的方向相反,一个朝银河系中心,另一个背着银河系中心前进。

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新视野号

下一个最有希望离开日球层顶的探测器应该是新视野号了,目前距离地球大约63.5亿公里,正靠近第一个柯伊伯带天体2014 MU69,预计在2019年1月抵达。

到目前为止,NASA还没有新的太阳系外侧轨道天体探索计划,新视野本来还有一个姊妹探测器,后来计划被取消。因为NASA的核电池数量不够,导致任务被推迟,而一旦错过2008年至2009年的窗口,那么探测器不能借力木星引力弹弓,前往柯伊伯带至少要增加4至5年的时间,最终任务被搁置。

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