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旅行者2号照亮了星际空间的边界

更新时间:2020-09-11 18:31点击:

  一年前,即2018年11月5日,NASA的旅行者2号成为历史上仅有的第二个离开日球层的航天器-太阳产生的保护性粒子和磁场气泡。旅行者2号距离地球约110亿英里(180亿公里),远远超出了冥王星的轨道,已进入星际空间或恒星之间的区域。今天,《自然天文学》(Nature Astronomy)杂志上发表了五篇新研究论文,描述了旅行者2号历史性穿越期间及此后科学家观察到的情况。

旅行者2号照亮了星际空间的边界

  每篇论文详细介绍了旅行者2的五种操作科学仪器中的一种:磁场传感器,两种用于检测不同能量范围内高能粒子的仪器以及两种用于研究等离子体(由带电粒子组成的气体)的仪器的发现。综上所述,这些发现有助于描绘这条宇宙海岸线,在这里,我们的太阳所创造的环境结束了,星际空间的广阔海洋开始了。

  太阳的日光层就像一艘在星际空间中航行的船。日光层和星际空间都充满了等离子体,这种气体的一些原子被电子剥夺了。日光层内部的等离子体又热又稀疏,而星际空间中的等离子体则更冷,更致密。恒星之间的空间还包含宇宙射线或由恒星爆炸而加速的粒子。旅行者1号发现,日光层可以保护地球和其他行星免受70%以上的辐射的伤害。

  旅行者2号于去年退出太阳系时,科学家宣布其两个高能粒子探测器注意到了巨大的变化:仪器探测到的太阳系粒子的比率直线下降,而宇宙射线(通常具有比太阳系粒子更高的能量)的比率增加了显着并保持高位。这些变化证实了探测器已经进入了一个新的空间区域。

  在旅行者1号在2012年到达太阳圈边缘之前,科学家们还不知道这个边界离太阳有多远。这两个探测器在不断重复的大约11年的太阳周期中,分别在不同的位置和时间在不同的时间离开太阳圈,在此过程中,太阳经历了高强度和低强度的活动。科学家们预计,称为太阳的更年期的日光层边缘会随着太阳活动的变化而移动,就像肺部随着呼吸而膨胀和收缩一样。这与以下事实一致:两个探针在距太阳不同距离处遇到了更年期。

  现在,新论文证实了旅行者2号还没有处于不受干扰的星际空间中:像旅行者2号一样,旅行者2号似乎也位于太阳系外一个扰动的过渡区域。

  “旅行者号探测器向我们展示了我们的太阳如何与填充银河系恒星之间大部分空间的物质相互作用,”旅行者号项目科学家,加州理工学院物理学教授埃德·斯通说。“如果没有旅行者2号提供的新数据,我们将不知道旅行者1号所看到的是整个太阳圈的特征,还是只是特定于它穿过的位置和时间。”

  正如科学家所期望的那样,两架旅行者号飞船现已证实,局部星际空间中的等离子体比太阳圈内部的等离子体密度更高。旅行者2号现在还测量了附近星际空间中的等离子体温度,并确认它比日圆内部的等离子体要冷。

  在2012年,旅行者1号观测到在日球层外的血浆密度略高于预期,这表明血浆受到了一定程度的压缩。旅行者2号观测到,太阳系外层的等离子体比预期的要温暖一些,这也可能表明它正在被压缩。(外面的血浆仍然比里面的血浆冷。)旅行者2号还观察到血浆密度刚好在离开日球层之前略有增加,表明血浆被压缩在气泡的内边缘周围。但是科学家尚未完全了解是什么原因造成了双方的压力。

  如果说日光层就像一艘在星际空间中航行的船,那么船体似乎有些漏水。Voyager的一种粒子仪器表明,来自日球层内部的一滴粒子正在滑过边界并进入星际空间。相对于气泡在太空中的运动,旅行者1号离开了靠近日光层最“前沿”的位置。另一方面,旅行者2的位置更靠近侧面,并且该区域似乎比旅行者1所在的区域更加多孔。

  Voyager 2的磁场仪器进行的观察证实了Voyager 1的令人惊讶的结果:距绝经后不远的区域中的磁场与日光层内部的磁场平行。对于Voyager 1,科学家只有这些磁场的一个样本,无法确定表观对准是整个外部区域的特征还是偶然的。斯通说,旅行者2号的磁力计观测结果证实了旅行者1号的发现,并表明这两个场是对齐的。

  旅行者号探测器于1977年发射升空,均由木星和土星飞行。旅行者2号改变了土星的航向,以便由天王星和海王星飞行,执行了有史以来这些行星仅有的近距离飞越。Voyager探测器完成了对它们的行星巡回之旅,并于1989年开始了星际飞行任务,达到了更年期。两次探测中速度更快的旅行者1号目前距离太阳超过136亿英里(220亿公里),而旅行者2号距太阳113亿英里(182亿公里)。从旅行者2号到地球,大约需要16.5小时。相比之下,从太阳传播的光大约需要八分钟才能到达地球。


旅行者2号照亮了星际空间的边界