“旅行者2号”的星际穿越

1977年，美国先后发射了“旅行者1号”与“旅行者2号”（因为技术原因，虽然“旅行者2号”命名靠后，但发射时间比“姐姐”要早一些），作为人类目前飞得最远的探测器，“旅行者1号”在2012年8月完成了日球层顶的穿越，研究人员本以为能够从那次穿越中了解些日球层的信息，但遗憾的是，由于“旅行者1号”探测器上的等离子体设备损坏，在地球上一直期待着“旅行者1号”的研究人员根本无法收集到那次穿越的完整数据。6年后，“旅行者2号”于2018年11月完成了日球层顶的穿越，这一次人类终于拥有了“旅行者2号”穿过星际空间的首批数据。

不久前，研究人员终于分析完“旅行者2号”星际穿越所传输回来的数据，究竟，一年前的那一场星际穿越有怎样的新发现？

日球层是什么？

回答这个问题之前，我们一起来做个实验——当你用力吹气球时，气球便在气球内外压强差的作用下向外膨胀，而当你吹好气球、将口扎紧时，气球内外压强的平衡使得气球总能保持圆滚滚的形状。在太空之中，太阳也用太阳风体“吹”起了这样一个“气球”，科学家们将这个“气球”稱为“日球层”，但日球层的大小与形状是不规则的，原因是星际物质的存在，而太阳风与星际物质相交会的地方，则被称为“日球层顶”。来自太阳系内部的飞行器，一旦越过日球层顶，就脱离了太阳风所能影响的空间范围，进入了“星际穿越”的新旅程中。

“旅行者1号”在2012年飞出日球层时距太阳约183亿公里，这之前科学家并不知道这个“气球”究竟有多大，但当“旅行者2号”于2018年11月飞出日球层进入星际空间时距离太阳约180亿公里，这两个探测器的“穿越”位置为科学家们研究日球层结构提供了线索。参与研究的美国艾奥瓦大学学者比尔·库尔思说，通过对比两个探测器的穿越点，可基本看出日球层形状是对称的。

对比数据还揭示了日球层顶的某些特征，比如在不同位置日球层顶厚度不同。日球层顶是日球层最外缘边界，太阳风与星际风在这里达到平衡。科学家认为日球层顶会随太阳活动移动，就好像人类的肺部随着呼吸扩张和收缩一样。

太阳系与星际空间的边界地带充斥着哪些物质？研究人员从“旅行者2号”传输回来的数据中也获得了一些线索。

进入星际空间时，“旅行者2号”搭载的高能粒子探测仪检测到日球层粒子数量骤降，同时宇宙射线量剧增，并保持在高水平。此前“旅行者1号”发现日球层可以将地球及其他行星受到的宇宙射线辐射减少七成以上。

两个探测器获得的数据均显示，它们完成穿越时，周围等离子体密度剧增。等离子体是由正负离子、电子及中性粒子组成的特殊物质形态。科学家此前已知，日球层内的等离子体炽热而稀疏，星际空间内的等离子体冰冷而密实。

参与研究的美国艾奥瓦大学荣誉教授唐纳德·格尼特说，最新数据表明“那种认为太阳风在深入宇宙空间时逐渐减弱的老观点是不正确的”。等离子体密度剧烈变化意味着，太阳系和星际空间之间有一个明确边界。

“旅行者2号”数据证实，星际空间边界的等离子体温度确实低于日球层内等离子体，但比此前预期略高。数据还显示，“旅行者2号”飞离日球层前等离子体密度也曾略微升高，表明等离子体在日球层内缘和外缘经过了两次压缩，但尚无法解释原因。

宇宙磁场广泛存在于宇宙的每个角落。“旅行者2号”磁场传感器的观测数据印证了“旅行者1号”的一个惊人发现：日球层顶外缘区域磁场方向与日球层顶内部磁场方向是平行的。科学家最初通过“旅行者1号”发现这个现象时，他们不确定这种有序的磁场排列是外部星际空间的普遍特征还是巧合，不过，最新数据至少表明：太阳系内外磁场方向很可能是一致的。

本次公布的结果再次表明，日球层顶并非像气球的外皮一样，是日球层与星际物质的简单分隔。无论是在星际空间还是在日球层内，在靠近日球层顶的地方都存在着复杂的相互作用过程和动力学结构。同时，虽然“旅行者1号”和“旅行者2号”兵分两路，分别对黄道面以南和以北的日球层顶结构进行了探测，但这对于勾勒出日球层的完整结构还远远不够。

例如，两艘探测器所穿越日球层顶的方向，都是日球层与星际物质迎面相遇的那一侧。而在另一侧，日球层顶到底呈现怎样的形态，则尚无定论。有学者认为，如果星际物质中的磁场占主导地位，那么整个日球层将呈现出椭球状的形状。反之，如果是星际物质的动能或内能占优，则日球层顶的另一侧很可能会像彗星一样，拉出长长的尾巴。

此外，由于为两艘旅行者号探测器供电的同位素电池的电量已经近乎衰竭，科学家们可能在2020年就不得不关闭探测器上所有的科学仪器，也就无法再产生新的科学探测数据。而到了2025年，电池输出的电能已经无法支撑旅行者号探测器最基本的运行和通信。那时，我们将不得不中断与两艘探测器的联系，到时，我们再也听不到这两艘已经离家几十年的孩子在星际空间中向地球家园的呼喊。

事实上，对于这两艘探测器是否已飞出太阳系，科学界还存在不同观点。有观点认为它们飞出日光层，就已飞出太阳系，但也有观点认为太阳系的边界是仍受太阳引力影响的“奥尔特云”，它的位置更遥远，因此，“旅行者2号”探测器可能还需300年才能接近奥尔特云，可能还需3万年才能飞出奥尔特云。

NASA之前曾表示，这两艘探测器携带有关于人类文明的声音、图片和影像，有望在数十亿年后仍然在宇宙传递人类文明的信息。