出乎意料！“旅行者2号”比它兄弟更轻松地突破太阳系

来源：环球科学

撰文丨Jonathan O'Callaghan

上图显示了“旅行者1号”和“旅行者2号”探测器目前所在的位置。它们已经离开太阳域，进入了星际空间。（图片来源：NASA and JPL-Caltech）

美国宇航局（NASA）的“旅行者2号”空间探测器于2018年底穿越太阳系的边界——日球层顶（heliopause），进入了星际空间。如今，天文学家发布了由“旅行者2号”从星际空间传回的首批数据。与它的兄弟探测器“旅行者1号”在2012年的穿越之旅相比，这一次存在明显差异。数据显示，虽然“旅行者1号”的离去有点“杂乱无章”，但“旅行者2号”在突破太阳系边界时显得相当干脆利落。

科学家根据探测器上搭载的“等离子体科学实验”（Plasma Science Experiment）仪器中记录的数据，确认了“旅行者2号”正式离开太阳系的日期。（遗憾的是，早期“旅行者1号”突破太阳系时，这一仪器却失灵了。）根据仪器的记录显示，2018年11月5日，“旅行者2号” 所在位置的“太阳风”粒子数量突然急剧下降，同时伴有银河系宇宙射线数量和星际磁场强度的相应增加。这些数据表明，“旅行者2号”已经穿越了太阳的影响边界，也就是日球层顶，而这一区域也常被定义为星际空间的起点。“旅行者1号”与“旅行者2号”探测器都于1977年发射升空，时至今日，它们仍然是唯一能够进入星际空间的人造机器。

11月4日，5个独立的研究团队在《自然-天文学》期刊发布了一系列相关论文，这些研究利用两台探测器传回的数据，对比分析了旅行者1号和2号穿越之旅的异同之处。结果表明，到达太阳系日球层的边界后，“旅行者1号”花费了28天才突破日球层顶，而“旅行者2号”在1天内就完成了这一壮举。其中一篇论文的通讯作者、“旅行者”项目科学家Ed Stone说：“‘旅行者1号’还没离开日球层，我们就两次接收到了来自星际空间的信号。‘旅行者2号’却正好相反，它已经进入了星际空间，然而我们还是能够检测到日球层内部的粒子信号。”

这两台探测器进入星际空间时，与太阳的距离非常接近——“旅行者1号”距太阳121.6 AU，“旅行者2号”则为119 AU（AU是天文单位的简称，地球到太阳的距离等于1 AU）。但是“旅行者1号”的旅程似乎有些特别。离开太阳系之前，它穿越了8.6 AU的“停滞区”。在那里，探测器周围等离子体的运动速度几乎为零（虽然探测器携带的等离子体测量仪器不工作，但是科学家借助其他仪器得到了这一结论）。麻省理工学院的John Richardson说：“那些等离子体基本上就是在那保持不动。”

相比之下，“旅行者2号”就没有遇上等离子体停滞区，而是先穿过了一个所谓的“过渡区域”。在那里，来自太阳的等离子体流会在强度和方向上开始产生变化。接下来，探测器穿过了外来宇宙射线粒子含量增加的“边界层”，最后干脆利落地突破了日球层顶。

尽管突破太阳系时两台探测器之间的距离足有165 AU，但它们与太阳的距离基本相近，且两次事件发生时太阳活动的强弱有显著差异。约翰霍普金斯大学的Stamatios Krimigis和他的同事在他们的论文表示，这一现象非常“引人注目”。这些结果也引发了人们对日球层结构的疑问和争论，有人说它是个球形气泡，也有人说它像一颗彗星，由于太阳在银河系中不断运动，其尾部向后延伸。“现在看起来日球层的结构介于两者之间，”Strauss表示，“但我们现在还并不清楚这一点，这还挺让人沮丧的。”

光凭现在的数据来看，“旅行者1号”和“旅行者2号”都从这颗“彗星”的“头部”进入了星际空间。因此，科学家们还需要在另一个方向进行探测，以确认是否真的存在尾部结构。科学家正在讨论发射另一台空间探测器的可能性，但这在2030年以后才有可能实现。在那之前，两位勇敢的“太空探险者”将继续前行，加深我们对宇宙的理解。鉴于它们还有可能继续工作10年，科学家期待着它们在太空中开展进一步的探测。

原文链接：

https://www.scientificamerican.com/article/voyager-2-makes-an-unexpectedly-clean-break-from-the-solar-system/