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进入星际空间,旅行者2的故事还没有结束|旅行者2|太阳风|星际空间新浪科技

来源:利来w66官网下载   发布时间:2019-07-17   点击量:149

    资料来源:美国国家航空航天局喷气动力实验室(Jet Power Laboratory)的科学家和工程师们正在绞尽脑汁维护一台70年代制造的旧机器。嘿,仍然固执地只使用4G通信带宽的百分之一,与41岁的PC保持联系,并试图从它返回的数据中发现一些可以在《自然》和《科学》上发表的发现。这架老式飞机之所以让科学家如此热情,是因为它已经飞离地球178亿公里,突破了太阳风的影响,进入了星际空间。在那里,它看到了人类从未见过的场景。它的名字是“旅行者2”。它的故事开始于1977年8月20日,永远不会结束。在太阳风与星际物质相遇的地方,我们肉眼所能感觉到的大部分光来自太阳的光球层,天文学家通常认为这是太阳的表面。在太阳表面的上方,储存在磁场中的能量被连续地转换成由带电离子和电子组成的等离子体,该等离子体将等离子体从几千度加热到几百万度。在高温的作用下,等离子体向外膨胀,把太阳磁场带到遥远的太空。除了在行星与地球和其他行星相遇时与它们相互作用之外,这些等离子体在大多数空间中以几乎恒定的速度继续它们的旅程。由于这种现象与我们日常生活中经常感觉到的风有些相似,空间物理学家给这些等离子体起了一个图像名,叫做“太阳风”。随着距太阳的距离的增加,太阳风的速度虽然变化不大,但是太阳风的密度会越来越低。在冥王星轨道之外,它们的动压不足以支持它们克服星际物质的障碍,而星际物质在太空中广泛存在,它们必须停止运动。但不像在红灯下开车,司机踩刹车平稳地减速。超音速太阳风不能“传递障碍信息”给随后的太阳风。与星际物质的相遇更像是雾天里的“车祸”。随后的太阳风等离子体不断碰撞和压缩,并在前方减速。等离子体形成了“停止冲击”。在冲击波终止后的转变之后,太阳风等离子体最终与星际物质相交。在天文学中,地球和太阳之间的平均距离被定义为天文单位(1AU),大约是1.5亿公里。当旅行者1和旅行者2通过终止冲击时,终止冲击与太阳之间的距离分别测量为94AU和76AU。太阳风可以影响的空间范围被空间物理学家称为“日光层”,而太阳风与星际物质相遇的地方称为“日光层顶部”。在人类发射宇宙飞船之前,科学家已经在恒星和其他天体的光谱信息中发现了星际物质的痕迹。当尤金·帕克教授首次提出太阳风理论时,星际物质密度和压力的观测证据是他否认静电日冕理论的关键证据,并排除了他物理模型的几个不合理的方面。8月,美国国家航空和宇宙航行局发射了以尤金·帕克命名的帕克太阳探测器,试图通过接近太阳的地面探测来打破关于日冕加热和太阳风加速的争论。在太阳风传播结束时,虽然科学家们已经通过遥感数据和计算机数值模拟获得了一些关于激波的终结、日球层顶部和它们之间的日球鞘层以及星际物质性质的知识,但是他们仍然需要去那里进行实地观测。为了证实或证伪某些假说和猜测,并加深理解而进行的探索。在2012年8月,旅行者1号完成了它的壮举,它穿越日光层顶部,121AU从太阳进入星际空间。美国国家航空航天局本周宣布,旅行者2号也在11月5日成功地穿越了太阳层的顶部,带来了比旅行者1号更令人兴奋的探测数据。在那里,它感觉到风的变化。在“旅行者1”和“旅行者2”号上,PLS装备用于测量太阳风粒子。当PLS测得的太阳风粒子通量密度显著降低时,表明旅行者号航天器不再被太阳风吹走,基本证实它们已经在星际空间中。然而,旅行者1号的PLS从1980年就开始罢工。当旅行者1号在2012年进入星际空间时,科学家们费了很大的力气在太阳的帮助下确认旅行者1号的成功。2012年3月,太阳爆发了一次强烈的日冕物质抛射。13个月后,喷发蔓延到航行者飞船的位置,仍在航行者1号上工作的等离子体波探测器记录了喷发引起的波动。利用波动数据,科学家们间接地推测了旅行者1号位置的电子密度,发现电子密度的值与星际物质的特性是一致的,并且与太阳风相差几个数量级。结果,科学家们确定旅行者1号已经进入了星际空间。当旅行者小组重新分析以前的数据时,发现一些相对微弱的波动。这些波动表明旅行者1号早在2012年8月就进入了星际空间。旅行者2号的PLS仍在工作。今年11月5日,旅行者2号返回的太阳风数据中,粒子密度突然下降。也就是说,在180亿公里之外,旅行者2号感觉到了太阳风在他周围突然消失,它进入了一个全新的世界。因此,科学家已经证实旅行者2号已经越过日球层的顶部进入了星际空间。除了太阳风粒子的密度数据之外,旅行者2号探测到的银河宇宙射线通量的增加证实了旅行者2号已经在星际空间中的事实。银河宇宙射线来自太阳系外的高能辐射。由于日光层的屏蔽作用,只有部分银河宇宙射线可以传输到日光层。同时,日光层中的宇宙射线强度也受到太阳活动的调节。当太阳活动较强时,宇宙射线可以在太阳层外被较多的屏蔽,从而减少在地球上接收的宇宙射线辐射通量。在日光层之外,宇宙射线的流量变得相对较强。在那里,他们将会观察我们很长时间。在旅行者计划中,旅行者2应该是旅行者1的备用轮胎。一旦旅行者1号未能成功探测土星和木星,旅行者2号将接管旅行者1号尚未完成的任务,对土星和木星进行精细的探测,并放弃访问天王星和海王星的安排。令人欣慰的是,在40多年的时间里,这两个探测器基本上完成了各自的任务,并对土星、木星、天王星、海王星及其卫星系统进行了详细的观测。通过他们寄回的图片,我们不仅获得了更多的科学知识,而且一次又一次地被空间的魅力所说服。当两艘航天器从太阳黄道的南北相继进入星际介质后,最初的“双保险”策略最终得到了回报。虽然“旅行者”号飞船上的一些仪器不能正常工作,但两艘飞船的检测数据可以相互补充,获得所有物理参数的检测数据,这给人类首次有机会探索日球和星际介质的秘密。不同的学者可能对这两艘宇宙飞船是否已经飞出太阳系持有不同的观点。目前,主流的观点是,太阳系的边界位于阿尔特云中,距太阳大约2光年(10万AU)。虽然没有直接的探测证据,但是偶尔访问太阳系内的长周期彗星已经导致科学家推断奥尔特云是这些彗星的来源。由于奥尔特云仍然受到太阳的引力作用,一些学者认为它是太阳系引力和结构的边缘。在NASA的新闻稿中,同样谨慎的说“太阳系的边界被认为是在奥尔特云的边缘”。然而,并非所有学者都同意这种观点。一些学者认为,从另一个角度来看,太阳的光和重力理论上可以延伸到无穷大的开端,但太阳系显然不能保全整个宇宙,所以另一些学者认为,太阳层的顶端标志着太阳风影响力在步入星际物质后将结束。e“退出”太阳系的程序已经完成。太阳系是一个人为划定的球体,它的边界既不会改变我们对宇宙客观规律的看法,也不会引起法律和财产争端(谁会把天体当作主题?)那些目睹了数十亿年变化的天体将不会改变它们的运作,因为地球上一个物种的知识只存在了数百万年。因此,这两种说法无关谁对谁错。读者可以选择他们喜欢的。为旅行者号航天器提供动力的同位素热电池的输出功率正以每年4W的速度下降,就像使用太久的手机电池将得不到足够的动力一样。到2020年,航天器将不得不关闭所有科学仪器,并且仅用电来维持航天器与地球之间的通信。大约在2025年,航天器的通信系统也将由于供电不足而关闭。在那个时候,我们再也听不到这两个离开家将近50年的孩子在星际空间对地球母亲大喊大叫了。然而,他们的故事还没有结束,两艘“旅行者”号航天器还有一个任务要完成。在这两艘船上,都安装了介绍地球的金唱片,希望有一天外星文明会发现宇宙飞船,并对金唱片进行解码。在金盘上,我们向宇宙其他文明发出了充满友谊的真诚邀请,其中普通话的发音是:“你还好吗?”我们都非常想念你。有空请到这里来。我们还展示了我们在科学、建筑、航空航天、医学、艺术、交通等领域的成就,在不同国家的古典音乐,甚至一些琐碎的生活场景,如购物、工作和母乳喂养。我们还记录了恋人坠入爱河时的脑电波,试图让其他文明理解连接人们心灵的“爱”的感觉。正如卡特总统在他的黄金记录中所说的:“我们努力生活在我们的时代,所以我们可以生活在你们的时代。希望有一天,我们能够解决我们面临的问题,并形成一个文明的银河共同体。这张唱片代表了我们在可怕的宇宙中的希望、决心和善意。然而,在金盘上,却没有我们世界另一边的记录——战争、侵略、欺骗、冲突等等。有一天,当这两位旅行者作为人类文明的信使,把金盘送给另一个文明时,我们是否像我们对广阔宇宙所承诺的那样,消灭了世界上不那么美丽的地方,解决了我们自己的问题?在远离地球的星际空间里,旅行者将在一段时间内长时间地注视着我们。单位:哈尔滨工业大学(深圳)

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