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这次是真的飞出太阳系
2013-9-28 11:05:34    来源:探索    我要评论(
  在过去几年里,“旅行者1号”已经数次被宣布即将飞出太阳系。但这一次是真的。根据美国《科学》杂志2013年9月12日在线发表的论文,“旅行者1号”飞出太阳所控制疆域的实际时间是2012年8月25日。
  
  1977年,“旅行者1号”探测器由美国宇航局(NASA)发射升空。它的目的地不是太阳系里的某一个天体,而是星辰大海——它永不回头地沿着离开太阳系的路径飞去。36年后的今天,美国宇航局正式宣布“旅行者1号”已经飞入星际空间。它成为人类历史上第一个到达星际空间的人造物。
  “我们真的都从椅子上跳起来了!”一名分析数据的天文学家在向美国宇航局讲这个消息的时候说。“旅行者1号”如今已经飞到了距离太阳125天文单位的地方,也就是地球与太阳距离的125倍。它仍然在发射微弱的信号,功率只有23瓦,相当于家用冰箱里的照明灯泡,但天文学家们设法获得了如此暗淡的信号,并分析出它已经越过了一个长期存在于理论中的边界。
  美国爱荷华大学的唐纳德·格尼特(Donald Gurnett)及同事做出了这项分析,研究报告由美国《科学》杂志在2013年9月12日在线发表。他们对探测器所探测到的等离子体的强度做了分析,认为“旅行者1号”飞出太阳所控制的疆域的时间是2012年8月25日。
  
  暗淡蓝点
  
  立项于1970年代初,“旅行者1号”最早是作为探索木星和土星的任务来设计的,后来由于经费削减,改成仅仅飞掠木星和土星的任务,在此之后,如果设备还能正常工作的话,那就再造访一下天王星和海王星。“旅行者2号”的设计与其相似,二者在1977年先后发射升空。在当时,这两架探测器都是人类制造出的最为复杂的深空探测器,电子电路的数量“相当于2000台彩色电视机”。
  按照《时代》周刊的说法,探测器发射的时候,吉米·卡特还在白宫,老鹰乐队《最美好的爱》正是美国最受欢迎的歌曲,《拉维恩和雪莉》是收视率最高的电视剧。
  那个时候,CD还没有被发明出来,因而“旅行者1号”带着一张留声机唱片上路了。唱片中包含了联合国秘书长和美国总统的问候语,还有鲸的叫声、婴儿啼哭、海浪拍岸的声音,以及包括莫扎特在内的一系列音乐家的作品。
  天文学家们知道“旅行者1号”只要一直飞下去,有朝一日一定能够飞出太阳系,并把这些来自地球的问候带给外星文明——如果它们存在并能发现这架探测器的话。在给外星人看的金属盘上,还标注了地球的位置、生命的形态以及其他一些信息。
  飞掠木星和土星任务在1979年和1980年顺利完成,“旅行者1号”的基础任务阶段就此结束,随后便进入了扩展任务阶段。美国宇航局喷气推进实验室(JPL)给“旅行者1号”设计的天线让扩展任务能够持续相当长的时间。那是一个直径3.7米的天线,让探测器哪怕飞到太阳系的边缘也仍然能把信号发回地球。
  “旅行者1号”拍摄的一张最著名的照片便是“暗淡蓝点”。1990年,“旅行者1号”已经飞过了冥王星的轨道,那时冥王星还是九大行星之一。在人类的诸多定义中,冥王星也是太阳系的“边界”之一。在那一年的2月14日,美国宇航局让“旅行者1号”调转过头,向着来路拍了一些照片,取得了太阳系行星的全家福。在照片中,地球沐浴在一道阳光中,只是0.12像素大小的一个白点。美国天文学家卡尔·萨根后来在他的著作中将此称为“暗淡蓝点”。
  在广袤的宇宙中,地球就是这样一个苍白渺小的光点。萨根为此写道:“再看看那个光点,它就在这里。这是家园,这是我们。你所爱的每一个人,你听说过的每一个人,曾经有过的每一个人,都在它上面度过他们的一生。……我们的心情,我们虚构的妄自尊大,我们在宇宙中拥有某种特权地位的错觉,都受到这个苍白光点的挑战。”
  这是“旅行者1号”的惊鸿一瞥,但跨越冥王星轨道只是它漫漫旅途的开始。从冥王星轨道将无线电信号传回地球只需要大约4个小时,而今天,“旅行者1号”发出的信号已经需要在空间传播17个小时才能到达地球。“旅行者1号”的飞行速度超过了第三宇宙速度,这就意味着它将义无反顾地朝着太阳系外飞去。
  
  进入新区域
  
  在过去几年里,“旅行者1号”已经数次被宣布即将飞出太阳系。在2005年,天文学家们就提出“旅行者1号”已经进入了太阳风鞘。太阳风鞘是空间中的一个区域。太阳发出的等离子体带电粒子流被称为太阳风,太阳风到达一定距离后,会因与星际介质发生相互作用而出现减速、压缩并变得紊乱。发生这些现象的区域就是太阳风鞘。
  “旅行者1号”飞到了这里,天文学家们便很自然地认为它已经接近太阳系的边缘了。再往前,就是太阳风层顶(heliopause)了。在这里,星际介质和太阳风的压力达到平衡。但没有人知道这个边界究竟有多远。2012年的时候,有天文学家根据2012年2月之前的数据在《自然》杂志上提出,太阳风层顶比以前认为的要更远,“旅行者1号”还要飞很久才能到达。
  但现在看来,仅仅在半年之后,“旅行者1号”就飞过了那个边界。2013年3月,美国新墨西哥州立大学的天文学家比尔·维格(Bill Webber)就提出,“旅行者1号”已经在2012年8月25日飞过了太阳风层顶。他们发现探测器的数据显示出其接收到的来自星际空间的宇宙辐射强度大幅增加到以前的两倍,这是自发射以来都没有出现过的水平。这可能意味着探测器进入了一个与此前不同的区域。
  不过天文学家们不敢马上确定说“旅行者1号”已经飞进了星际空间,也许它只是进入了一个以前不知道的独立空间呢?因而,维格的判断在天文学界出现了争议。比如有人提出,“旅行者1号”可能已经进入“太阳风鞘耗减区”,但仍然在太阳风统治的“日球层”之中。
  来自美国马里兰大学的马克·思维达(Marc Swisdak)及同事从另外一个角度考察了这个问题。他们使用了“磁重连”的理论,分析得出“旅行者1号”已经飞过太阳风层顶的结论。他们的研究论文发表在2013年8月的《天体物理快报》上。
  “这是一个多少有点争议的观点,但我们认为‘旅行者1号’终于离开了太阳系,真正开始了它在银河系中的旅行。”思维达在发布他们的研究结果时说。与之前的日期不同,思维达等人给出的“旅行者1号”穿过太阳风层顶的日子是2012年7月27日。
  
  坚持到2025
  
  最终给出确定答案的天文学家是爱荷华大学的唐纳德·格尼特团组。他们利用了一次日冕物质抛射事件来确定“旅行者1号”的位置。
  2012年3月,一次大规模的日冕物质抛射在太阳上出现,日冕上一团带电粒子被抛射出来。对于研究太阳系结构的天文学家,这是一件意外的礼物。13个月之后,带电粒子到达了“旅行者1号”所在的位置。“旅行者1号”携带的仪器探测到了它周围的等离子体的振动,并把相关的数据传回了地球。
  由于处在不同的区域中时,等离子体的振动会有所不同,而来自“旅行者1号”的数据就在暗示,探测器正沐浴在相当稠密的等离子体中。与在日球层内部时相比,此时“旅行者1号”周围的等离子体的密度提高了40倍。这样的环境被认为是在星际空间才有的。
  由此入手,格尼特的团组向前追溯,发现了另外几次类似的等离子体振动事件曾发生在2012年10月和11月。最终,他们提出“旅行者1号”是在2012年8月穿过了太阳风层顶。随后,美国宇航局在2013年9月确认了这一判断。
  对于太阳系的边界,人们有着不同的理解。实际上,即便出了太阳风层顶,也并不意味着太阳失去了统治。在远远超过这个距离的地方,还有一大批受太阳引力而聚集在一起的小天体,形成包裹着太阳系的“奥尔特云”。有些人认为,奥尔特云才是太阳系的边界。奥尔特云距离太阳大约有1万天文单位,“旅行者1号”要飞到那里还需要两万年的时间。因而,在天文学家的论文中,他们只是谨慎地说“旅行者1号”现在是穿过了太阳风层顶,或是飞出了日球层。
  在美国宇航局宣布“旅行者1号”飞出太阳系的同时,天文学家们也公布了一张新照片。在这张照片上,黑暗的背景中有一个呈扁椭圆形的蓝色光点。那就是“旅行者1号”——迄今为止离地球最远的人造物。天文学家们利用了地球上最大的射电望远镜阵列拍到了这张照片。
  美国宇航局旅行者号项目主管苏珊娜·多德(Suzanne Dodd)在发布“旅行者1号”离开太阳系的消息时说:“团队努力建造出耐用的飞行器,加上细致管理飞行器有限的资源,最终对美国宇航局和人类做出了回报。”她同时说,他们希望探测器上的场和粒子探测设备能够坚持到2020年。
  现在的估计是,随着“旅行者1号”的能源逐渐衰竭,它所携带的设备可能会在2025年停止工作。之后,它会带着人类的问候继续在星际空间安静地游荡,地球上没有人知道它将到达哪里。
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