一年前,美国宇航局的"旅行者 2 号"成为了历史上第二个飞出太阳系并进入星际空间的人造探测器。"旅行者 2 号"发射于 1977 年 8 月 20 日——比其姊妹探测器"旅行者 1 号"早了 16 天,后者已于 2012 年从北部飞离了太阳系。"旅行者 2 号"则踏上了更加漫长的旅程,成为了目前唯一与天王星和海王星有过近距离接触的探测器。之后,它将从南面离开太阳风层(太阳系最边缘的区域,有时被称作"气泡"),进入星际空间。

  2018 年 11 月 5 日,随着探测器越过太阳风层顶,"旅行者 2 号"正式飞离太阳系。太阳风层顶是太阳风层与星际空间的分界线,这里距离太阳有 119 个天文单位之远(一个天文单位为 9300 万英里或 1.496 亿千米,大致为太阳和地球之间的距离)。

  "旅行者 2 号"可以分析太阳风的构成、等离子体粒子的构造与变化、宇宙射线的相互作用、磁场的结构与方向,以及其他太阳系边界的特征。

  在《自然·天文学》杂志上发表了一系列与"旅行者 2 号"有关的论文,详细介绍了该探测器飞出太阳系时的观测结果。以下是五个最为重要的方面。

  1. 从两个方向来看,气泡正在泄漏。

  "旅行者 2 号"飞出气泡时获得了意外发现。来自约翰·霍普金斯大学的斯特马蒂奥斯·克里米吉斯是其中一篇新论文的第一作者,他表示,探测器收集到的数据显示出气泡有"很大的漏洞"。"旅行者 2 号"在星际空间中发现了来自太阳风层内的物质。

  "旅行者 1 号"同样也发现了气泡破裂的迹象。另一篇论文的第一作者,来自加州理工学院的爱德华·斯通说道,"旅行者 1 号"发现星际物质正在向气泡内涌入,这与"旅行者 2 号"的发现恰恰相反。尽管我们尚不清楚漏洞形成的原因,但来自太阳风层两处不同位置的新发现却证实了,太阳风层顶存在的漏洞属于气泡的常见特征。

  2. 气泡的边界比我们想象中更加稳定。

  在"旅行者号"探测器发射之前,科学家曾预测,随着距离太阳越来越远,太阳风层会逐渐融入星际空间。不过,这篇论文的第一作者,爱荷华大学的唐纳德·格尼特表示:"事实上,太阳风层与星际空间之间存在非常清晰的界限。""旅行者 2 号"似乎证明了这一点。该探测器搭载的等离子波测量仪所记录下的等离子密度,与"旅行者 1 号"的测量结果大致相同。由于太阳等离子的温度非常高(大约 100 万摄氏度),而星际空间等离子的温度非常低(只有 1 万摄氏度),所以在跨过边界时等离子的密度会跃升 20 到 50 个数值。格尼特还说道,"这正是流体的特征,通常会形成非常明显的边界。"

  尤其令克里米吉斯惊讶的是,两艘探测器在相近的距离上穿过了太阳风层(分别为 121 个天文单位、119 个天文单位)。此前的模型预测,2012 年"旅行者 1 号"穿越太阳风层时的强烈太阳活动将气泡的边界推到了更远的地方。而去年"旅行者 2 号"进行穿越时,有所减弱的太阳活动又将气泡的边界向内拉回来了一些。两艘探测器在两个不同的位置以近乎相同的距离飞离了太阳系,事实上,这正是当时不稳定的太阳活动所造成的结果。

  3. 太阳风层顶的构成会随着位置的变化而变化。

  "旅行者 2 号"同样也进行了一些观测活动,其结果却与气泡具有明确界限的事实不一致——至少情况并不像我们想象的那样。其中最主要的问题集中在气泡内外磁场的测量方面。天文学家估计,两艘探测器所测量的磁场方向会各不相同。然而,该论文的第一作者,美国宇航局哥达德太空飞行中心的莱昂纳德·伯拉加表示,当"旅行者 2 号"穿越较薄的表面时,"磁场方向基本没有发生变化"——这与"旅行者 1 号"的观测结果相一致。与此同时,"旅行者 2 号"的磁场观测数据显示出,这里的太阳风层顶比"旅行者 1 号"经过的区域更加稀薄,并且含有较少的高能粒子。这些数据再次给我们带来了更多的谜题。

  4. 太阳的影响超出了太阳系的范围。

  太阳会持续不断地喷射出被称为日冕物质抛射(CMEs)的等离子冲击波,这种冲击波有助于太阳系的塑造。事实证明,太阳的影响超出了太阳系的范围。"旅行者 2 号"获得的新数据与之前"旅行者 1 号"的数据一样,都显示出了日冕物质抛射传播到太阳风层顶外并且削弱宇宙辐射的过程。格尼特表示,"这有点类似于你在银河系中所发现的情况。"超新星也会向银河系中发射冲击波,搅动星际介质,不过这种冲击波要比日冕物质抛射强烈很多。他还说道,"大多数的天文学家认为,太阳系的形成源于超新星所发射出的星际冲击波。"

  如果我们认为宇宙射线促进了地球上生命的基因突变,那么不论是在太阳系还是其他类太阳系行星系统,这些发现也能够支撑恒星可以影响地外生命的进化这一观点。

  5. 这次发现是"旅行者"项目最主要的里程碑。

  斯通表示,"两艘'旅行者'探测器发射时,设计使用寿命只有 20 年。那个时候,我们很难想象 40 年后它们会变成什么样子。"

  观测太阳风层顶依然是两艘探测器的最后任务。它们的能源来自使用钚 238 的同位素温差发电机。钚 238 正在经历自然衰变的过程。斯通还说道,"我们清楚,再过五年左右,探测器将没有足够的燃料来维持科学仪器的运作。"

  两艘探测器将继续帮助我们了解太阳风层与星际介质的作用过程,以及有关其他星系的线索。斯通表示,"我们认为每个星体都具有这些特征。有关太阳风层的发现将帮助我们进一步了解其他天体。"

  虽然美国宇航局依然在监控这两艘"旅行者"探测器,并继续与之保持联络从而获取数据,但是将这些数据转化为科学发现已经成为了美国各个科研机构的科学家们的职责所在。目前,并没有新的任务来接替"旅行者"计划(唯一航行过这么远的"新地平线号"探测器将会在到达 90 个天文单位时用尽所有的燃料)。然而,"旅行者"任务的成功以及发现的问题,无疑会激励科研工作者提出新的方案,以推动有关太阳风层以及星际空间的研究。