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人類或被困在太陽系?旅行者2號飛了40多年,遭遇49427℃「火墻」
2023/08/27

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旅行者一二號已經流浪多年,為的就是走出太陽系,探索未知。所以它們被命名為旅行者。

用簡單的例子來比喻的話,已飛行至不惑之年的旅行者2號探測器,和它的兄弟1號探測器,就像 兩只從北京一環線內出發的螞蟻,它們爬呀爬,從一環線爬過二環三環線,想最終爬到香山頂上,一窺北京城全貌

在兩只螞蟻的認知中,它們根本不知道爬到了哪里,也不知道沿途都經過了什麼。對于旅行者號探測器而言,一旦飛越太陽系,也就進入了茫茫無邊的未知領域。

埃倫娜·普羅沃尼科娃,作為約翰霍普金斯大學應用物理實驗室的研究員,也做過類似的比喻:要想看看自己房子的全貌,必須得到外面去。人類要想理解太陽圈究竟是什麼樣子,同樣得走出太陽系才行。

200億公里的距離,在人類的認知中,好比一只螞蟻從北京爬行到了廣州。

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但是對旅行者2號來說,離開地球46年飛出去的這段距離,還遠遠沒有進入真正的星際空間。

如今,旅行者2號已飛到了太陽系和系外宇宙的邊界區域。它不但面臨著核電池能量即將耗盡,與家里快要失去聯絡的問題,而且太陽系內真正的主人太陽,也用熾熱的「火墻」向其發出過最后的「警告」。

那麼,旅行者2號是否能穿越「火墻」飛往宇宙深處?「火墻」的存在對人類究竟是限制還是保護?

「火墻」是太陽系與系外宇宙之間的活躍混沌帶

還是先以螞蟻為例,如果一只螞蟻爬行到一列停止的火車跟前,螞蟻看不到火車的全貌,或許也感知不到火車的存在,但在實際爬行過程中,它卻被這列火車確確實實的阻礙了。尤其是當火車啟動,如果此刻螞蟻正好爬行在火車表面,它肯定會被強勁的風吹下去。

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對人類來說,旅行者2號越靠近太陽系的邊緣地帶,所面臨的未知局面就跟那只螞蟻一模一樣。

太陽系邊緣區域的「火墻」,只是一個能讓大眾理解的簡單說法,它包含了大量的天文學概念。

「火墻」就是天文學概念上的日球層區域,日球層也叫太陽圈,又叫太陽風頂層。簡單來說,它是太陽風遇到星際介質而停滯的地方。

太陽風雖然被稱之為「風」,但它是太陽表層大氣射出去的帶電粒子流,它以太陽為中心,360度無死角的形式向外發射,所以就像刮風一樣。

日球層說白了,就是太陽風所能「刮」到的最遠的區域。看起來,這里似乎就是太陽系和系外宇宙的邊界。

但嚴格意義上來說,它并非是一個固定的邊界地帶。它是動態的,是一個隨時會向外擴張,亦或是向內塌縮的混沌區域。

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之所以會這樣,是因為每次太陽風的威力大小不同,「風」刮到日球層區域時,導致的結果自然也就不一樣了。

然而,不管是擴張了還是塌陷了,人類都感知不到。因為以人類的概念來說,無論是面積還是厚度,太陽風所到達的日球層都太大了。

2014年,旅行者1號和2號在行進過程中,就被一場太陽風暴所刮出去的「風」追上了,兩個探測器都向地球傳回了這場太陽風所形成的一系列數據。

風暴一秒就行進800公里;兩天時間行進了1億5千萬公里;兩個月后,這股從太陽表層「刮」出去風已行進了45億公里,但此刻這股風還遠遠沒有抵達到日球層區域;直到6個月后,這場風才終于「刮」到了距離太陽130多億公里的地方。

「風力」所達極限之處,影響力亦逐漸降低,此刻來自外部的壓力漸漸增加,于是乎這場太陽風所產生的日球層,就在130多億公里遠的地方形成了。

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在這期間,由于旅行者1號探測器于2012年就進入了星際空間,因此這場太陽風只有微弱的尾風追上了它,旅行者2號在2015年底被太陽風追上,經歷了全部的過程。

探測器傳輸回來的數據顯示,此次形成的日球層,光是湍流邊界的厚度就有幾百萬公里,表面積更是達到了數十億平方公里。這片龐大的混沌區域,就是旅行者2號正在面臨著的「火墻」。

然而這道「火墻」,并非太陽圈的真正表面。霍普金斯大學應用物理實驗室根據傳輸回來的數據估算,日球層正面的厚度達到了一個天文單位,換算成常規距離為1.49億公里。

從宇宙和太陽的角度看,「刮」場風形成的規模以及所用時間,似乎就是打個噴嚏須臾之間的事。然而將我們放置其中,對比下來是真正的滄海一粟。

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小小的旅行者2號就置身「火墻」中,它就好比那只正趕上火車啟動的螞蟻。在這一區域內,活動的射電輻射以及高能帶電粒子所形成的溫度,最高可接近5萬攝氏度,這比太陽表層5千多度的溫度還要高。

以人類的認知看,在這樣的溫度下旅行者2號早就該被氣化了。不過由于這一區域內的超熱等離子體密度不高,因此溫度并不是旅行者2號接下來面臨的威脅。

而且到2018年11月時,旅行者2號已進入了一個全新的區域。它周圍來自太陽的低能粒子密度陡崖式下降,另一種高能次原子粒子增多,后者正是太陽系外的宇宙射線。

此刻,旅行者2號距離太陽大約為178億公里,這比我們距離太陽還要遠上119倍。這意味著,經過了41年的艱難跋涉,旅行者2號終于來到了太陽系的地帶。

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再往前飛下去,它就要真正脫離由太陽風形成的太陽氣泡的保護了。

「火墻」和氣泡之間的關系

日球層是太陽風所能觸及到的最遠的混沌地帶,而隨著太陽風不斷爆發,太陽系四周形成的混沌區域就逐漸連成了片,最終形成了一個類似氣泡的介質。天文學領域,這個巨大無比的氣泡又被稱之為太陽圈。

此前旅行者1號由于提前關閉了一個感應器,在穿越日球層和太陽氣泡期間,有部分數據未能記錄。而且旅行者1號要比2號幸運,它飛行的方向,并沒有遭遇新的太陽風,所以周圍的區域相對穩定。

對比之下,旅行者2號一路遭遇到的都是迅猛的太陽風。由此一來,兩個探測器記錄下來的數據也就有了區別。

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旅行者1號雖然沒有遭遇太陽風,但太陽系外星際介質的壓力,它在行進過程中就不斷遭遇到了。旅行者2號則一路見證了,強大的太陽風向外擴張的態勢。

而兩者遇到的情況,其實就正是太陽氣泡的動態活動過程。太陽風強勁的方向,氣泡由內向外擴張;而在太陽風沒有吹到的相對靜止區域,由于外部星際介質的持續壓力,氣泡是在緩慢的向內塌縮的。

由于每場太陽風的威力、方向等都不一樣,因此太陽氣泡的形態也在隨時發生變化。但不管發生怎麼樣的變化,由于人類身處氣泡之內,不但人類難以研究外面的星際空間,而且在內部我們也無法確定氣泡的大小和形狀。

雖然旅行者1號和2號都已脫離太陽氣泡,到達了太陽系的邊緣地帶,可僅憑兩個探測器,想要探知整個太陽氣泡的規模和形態,這種難度堪比讓人類實現長生不老。

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再者,兩個探測器飛行的方向不一樣,截止到2018年時,1號和2號探測器之間的距離已超過240億公里。在這種情況下,兩個探測器想搞清楚所在區域內氣泡的差異都很難。

而且根據以往太陽風的監測數據發現,太陽風雖然在影響著太陽氣泡的形狀和規模,但它的影響力卻超不過圈外施加的影響力。至少從人類目前觀察的角度看是如此。

綜合來看,日球層也就是那道「火墻」,它是太陽風直接「刮」出來的結果。而太陽氣泡則是太陽風和星際介質長期共同作用下,形成的一個圍繞太陽系的龐大區域邊界。

所以,「火墻」和太陽氣泡,「火墻」形成在前,它將「太陽之力」動態作用于太陽系邊界;而太陽氣泡則是在星際介質的反作用力下,與「火墻」相互碰撞擠壓,最終形成了一個混沌的邊界帶。

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時至今日,科學界并沒有搞清楚,太陽氣泡這種現象是獨此一份,還是在其他星系中也存在。

而對渺小的人類來說,正是因為有它的存在,我們才能免遭致命輻射的傷害。

太陽氣泡對人類的保護超過了限制

高能次原子粒子帶電,它的速度可超過光速,這就是宇宙射線的來源。從星系坍塌到恒星爆炸,再到其他災難性的宇宙事故,都會形成宇宙射線。

如果沒有太陽風,沒有太陽氣泡,這些宇宙射線將會無差別的噴射到地球上。直接暴露在輻射之下,試想人類還能生存嗎?

杰米·蘭金,第一個根據旅行者號傳送來的數據撰寫論文的科學家,根據數據顯示,超過九成的宇宙輻射都被太陽風阻擋了。杰米認為,要是沒有太陽風的保護,人類是否存在都是未知數。所以,氣泡的存在對時下的人類來說,保護遠遠大于限制。

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畢竟人類太渺小了,渺小到旅行者1號雖然在2012年就已進入了星際空間,可實際上距離它真正脫離太陽的勢力范圍還有很遠。

最直接的例子是,假如一個人時下身處旅行者1號的位置,依然能用肉眼看到太陽光。再向外,那個由塵埃和冰組成的巨大球體云團,也就是我們所知的奧爾特云,也在太陽的引力范圍內。

根據目前旅行者1號飛行的速度,它要真正飛抵奧爾特云,換算成地球上的時間還需要300年。如果從這個角度去看,不管是旅行者1號還是2號,實質上都飛不出太陽的勢力范圍。

但是從另一個角度看,地球上之所以能產生高等文明,不僅僅因為環境適宜,還在于人類從誕生的那一刻起,就擁有探索未知的勇氣。

旅行者號離開家已經四十多年,它們的腳步并沒有停下。就像那兩只螞蟻,雖然會死,但爬上香山頂的信念,卻會在族群中延續下去。探索宇宙之奧秘,人類亦如此。

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