旅行者2号照亮星际空间边界

编译 王格格

这幅艺术概念图展示了美国宇航局的旅行者号宇宙飞船进入星际空间

2018年11月5日，美国宇航局（NASA）的旅行者2号成为历史上第二个离开日球层的航天器（日球层就像是太阳吹出的充斥着粒子和磁场的保护性气泡）。旅行者2号到达距离地球约180亿公里处，远超过冥王星轨道到太阳的距离，旅行者2号由此进入星际空间（即为星体与星体之间的空间）。《自然·天文学》最新发表了5篇研究文章，描述了在旅行者2号完成历史性穿越前后，科学家所观察到的情况。

每一篇文章都详细介绍了旅行者2号运行的五个科学仪器的新发现，包括磁场传感器、2个针对不同能量范围的高能粒子探测器以及2个研究等离子体（一种由带电粒子组成的气体状物质）的仪器。总而言之，这些发现有助于描绘这条宇宙海岸线的图景，由太阳所创造的环境在此结束，浩瀚的星际空间海洋由此延展。

太阳的日球层就像一叶星际航行之舟。日球层和星际空间内都充满了等离子体。日球层内部的等离子体是热而稀疏的，而星际空间的等离子体则冷而致密，星际空间内也包含宇宙射线和由爆炸的恒星加速的粒子。旅行者1号发现，日球层保护地球和其他行星免受超过70%的宇宙辐射。

在2018年旅行者2号离开日球层之际，科学家宣称它的两个高能粒子探测器探测到了巨大的变化：仪器探测到的日球层粒子的比率骤降，而宇宙射线的比率急剧增加并保持高态（通常比日球层粒子具有更高的能量）。这些变化证实了探测器已经进入了一个新的空间区域。

这幅图展示了美国宇航局的旅行者1号和旅行者2号探测器在日球层外的位置，太阳产生的保护性气泡的尺度远远超出了冥王星的轨道到太阳的距离

在旅行者1号于2012年到达日球层边缘之前，科学家们还不知道这个边界距离太阳究竟有多远。在不断重复的大约11年的太阳周期中，这两个探测器分别在不同的位置和不同的时间离开日球层，在此过程中，太阳经历一个高活动期和一个低活动期。科学家们预计，日球层的边缘，即所谓的日球层顶，会跟随太阳活动的变化而移动，似乎像一个随着呼吸而膨胀和收缩的肺，这与两个探测器分别到达日球层顶时与太阳的距离不同的事实是一致的。

新的研究文章目前证实，旅行者2号还没有进入不受干扰的星际空间：就像它的孪生兄弟旅行者1号一样，旅行者2号似乎处于一个仅仅跨出日球层的扰动过渡区。

“旅行者号探测器向我们展示了太阳是如何与银河系的星际介质进行相互作用的，”参与旅行者号项目的科学家、加州理工学院物理学教授爱德·斯通（Ed Stone）说，“如果没有旅行者2号传回的新数据，我们就无法确定我们通过旅行者1号所看到的是整个日球层的特征，还是仅仅是它穿越时的位置和时间。”

挤压等离子体

两艘旅行者号宇宙飞船现在已经证实，正如科学家们所预期的，星际空间中的等离子体比日球层中的等离子体要致密得多。旅行者2号还测量了附近星际空间等离子体的温度，并确认比日球层内的等离子体温度低。

2012年，旅行者1号观测到刚进入日球层外的等离子体密度略高于预期，表明等离子体受到了一定程度的压缩。旅行者2号观测到，日球层外的等离子体温度比预期的略高，这也表明等离子体可能被压缩。（外部的等离子体温度依旧比内部的低）。旅行者2号还观察到在离开日球层之前等离子体密度轻微增加的现象，这表明等离子体是在气泡的内侧边缘被压缩的，但科学家们还不能完全理解是什么导致了等离子体在日球层内外两边压缩的现象。

粒子泄漏

如果说日球层就像一艘在星际空间航行的船，那么它的外壳似乎有点漏。旅行者号的一个粒子仪器显示，一股来自日球层内部的粒子正从其边界泄漏向星际空间。旅行者1号在靠近日球层的前端离开，这与气泡泄漏太空的运动有关。而旅行者2号离开的位置更靠近日球层侧翼，这一区域似乎比旅行者1号离开的位置漏孔更多。

磁场奥秘

旅行者2号的磁场传感器的一项观测证实了旅行者1号给出的一个令人惊讶的结果：刚刚超越日球层顶区域的磁场与日球层内部的磁场平行。对于旅行者1号而言，科学家们只得到一份这些磁场的样本，无法确定这种表现出来的平行排列是整个外部区域的特征，还是只是巧合。斯通称，旅行者2号证实了旅行者1号的发现，表明两个磁场方向是一致的。

旅行者号探测器于1977年发射升空，都飞行经过了木星和土星。为了飞经天王星和海王星，旅行者2号在经过土星时改变了航线，这也是历史上唯一一次近距离飞过这些行星。旅行者号探测器于1989年完成了对行星的盛大巡游，并开始了到达日球层顶的星际任务。旅行者1号是两个探测器中速度更快的那个，目前距离太阳超过220亿公里，而旅行者2号距离太阳大约180亿公里。光从旅行者2号传播到地球大约需要16.5个小时，相比之下，光从太阳传播到地球大约需要8分钟。