2018年12月，美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)的“旅行者2”號(hào)(Voyager 2)航天器追隨其姊妹“旅行者1”號(hào)的步伐，挺進(jìn)星際空間，實(shí)現(xiàn)了這一歷史性的壯舉。

據(jù)美國(guó)太空網(wǎng)1月30日?qǐng)?bào)道，目前業(yè)已發(fā)射的航天器中，只有5艘能邁出如此大的步伐，有實(shí)力進(jìn)入星際空間。除了大名鼎鼎的“旅行者”號(hào)姊妹花外，其他3艘分別為“先驅(qū)者10”號(hào)(Pioneers 10)、“先驅(qū)者11”號(hào)(Pioneers 11)以及“新視野”號(hào)(New Horizons)。那么，哪艘航天器會(huì)率先進(jìn)入星際空間呢?

根據(jù)這3艘航天器目前的行進(jìn)速度、與地球和太陽(yáng)的距離，如果日光層的變化保持穩(wěn)定，“先驅(qū)者11”號(hào)將在2027年穿過(guò)日球?qū)禹?日光層像氣泡，日球?qū)禹斒侨展鈱拥倪吘?，進(jìn)入星際空間。

太陽(yáng)系的邊界在哪

到達(dá)星際空間是一個(gè)里程碑，從某種程度上講，可以被認(rèn)為離開(kāi)了太陽(yáng)系。1990年2月23日，于1973年發(fā)射的“先驅(qū)者11”號(hào)成為第四艘飛越海王星軌道的航天器(1972年發(fā)射的“先驅(qū)者10”號(hào)于1983年做到這一點(diǎn))，當(dāng)時(shí)《紐約時(shí)報(bào)》稱，“先驅(qū)者”號(hào)航天器飛越海王星軌道，意味著它們離開(kāi)了太陽(yáng)系。

然而，參與“旅行者2”號(hào)任務(wù)的科學(xué)家可不這么看。相反，最近的測(cè)量結(jié)果認(rèn)為，穿過(guò)太陽(yáng)的日球?qū)禹?太陽(yáng)風(fēng)層頂)——日光層的理論邊界，是進(jìn)入星際空間的決定性標(biāo)志。日光層是由太陽(yáng)產(chǎn)生的帶電粒子組成的“氣泡”，科學(xué)家用它來(lái)標(biāo)記星際空間的起點(diǎn)。

但日光層非常復(fù)雜，其會(huì)隨著太陽(yáng)22年的周期變化，隨著太陽(yáng)風(fēng)而不斷變小和變大，并向太陽(yáng)行進(jìn)方向的后方伸展。所以，從地球上很難對(duì)日光層進(jìn)行測(cè)量。目前，NASA的“星際邊界探測(cè)器”(IBEX)任務(wù)正在努力確定這一“氣泡”的邊界在何處。

當(dāng)“旅行者1”號(hào)和“旅行者2”號(hào)穿過(guò)日球?qū)禹敃r(shí)，它們上面搭載的粒子儀器仍正常運(yùn)行，觀測(cè)數(shù)據(jù)表明，它們已經(jīng)穿越了這一氣泡區(qū)域。但還有研究人員認(rèn)為，太陽(yáng)除了被日光層包圍之外，也被奧爾特云(Oort Cloud)所包圍，奧爾特星云是一片由冰凍天體組成的區(qū)域，據(jù)估計(jì)，其范圍從1000AU(天文單位，等于地球和太陽(yáng)之間的距離，約1.5億公里)到10萬(wàn)AU不等，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出日球?qū)禹敗Ｒ虼耍?ldquo;旅行者”號(hào)航天器不算是完全飛出了太陽(yáng)系。

“先驅(qū)者11”號(hào)或捷足先登

除了“旅行者”號(hào)外，未來(lái)哪艘航天器會(huì)捷足先登，進(jìn)入星際空間呢?

由于日光層不斷變化，所以科學(xué)家也很難說(shuō)出“先驅(qū)者10”號(hào)、“先驅(qū)者11”號(hào)何時(shí)會(huì)進(jìn)入星際空間，只能根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進(jìn)行推斷。

據(jù)NASA的《超越地球：深空探測(cè)編年史》書(shū)中記載，截至2017年11月5日，“先驅(qū)者10”號(hào)距離地球約118.824AU，是除“旅行者1”號(hào)以外距離地球最遠(yuǎn)的航天器。然而“先驅(qū)者11”號(hào)和“旅行者”號(hào)正朝著太陽(yáng)行進(jìn)的方向前進(jìn)，“先驅(qū)者10”號(hào)正朝著太陽(yáng)的尾側(cè)方向前進(jìn)。2017年的研究指出，日光層的尾部距離太陽(yáng)約220AU。由于“先驅(qū)者11”號(hào)每年的行程約為2.5AU，因此，“先驅(qū)者10”號(hào)可能要到約2057年才能到達(dá)這個(gè)不斷變化的太陽(yáng)系邊界。

該書(shū)還指出，截至2017年11月5日，“先驅(qū)者11”號(hào)距離地球約97.6AU。與它的雙胞胎“先驅(qū)者10”號(hào)不同，這一航天器的行進(jìn)方向與“旅行者”號(hào)大致相同。“旅行者2”號(hào)在距離地球約120AU時(shí)進(jìn)入星際介質(zhì)。由于“先驅(qū)者11”號(hào)以每年2.3AU的速度飛行，假設(shè)太陽(yáng)系的邊界不改變的話，它應(yīng)該會(huì)在2027年左右進(jìn)入星際空間。但其實(shí)，太陽(yáng)系邊界可能會(huì)改變。

至于2006年發(fā)射的“新視野”號(hào)的情況，它于2019年1月1日飛掠太陽(yáng)系內(nèi)的遙遠(yuǎn)天體“天涯海角”，而且其發(fā)射時(shí)間遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于其他4艘航天器。在飛掠期間，“新視野”號(hào)距離太陽(yáng)43AU。該任務(wù)首席調(diào)查員艾倫·斯特恩說(shuō)，該航天器每年行進(jìn)約3.1AU。再過(guò)20年，它很有可能進(jìn)入星際空間。因此，如果它與“旅行者2”號(hào)穿越相同的邊界，將在2043年進(jìn)入星際空間。

綜上所述，如果日光層的變化保持穩(wěn)定(這不太可能)，“先驅(qū)者11”號(hào)將在2027年穿過(guò)日球?qū)禹?“新視野”號(hào)緊隨其后，于2043年完成穿越;而最先發(fā)射的“先驅(qū)者10”號(hào)將在2057年離開(kāi)日光層。

“新視野”號(hào)可能電力不足

斯特恩說(shuō)，如果“新視野”號(hào)能進(jìn)入星際空間，并在那時(shí)仍正常運(yùn)行(這是有可能的)，它將為我們提供有關(guān)星際空間的詳細(xì)信息。“新視野”號(hào)所攜帶的粒子探測(cè)器比“旅行者”號(hào)上搭載的粒子探測(cè)器強(qiáng)大得多。此外，“新視野”號(hào)還攜帶了一個(gè)灰塵探測(cè)器，可以提供對(duì)日光層以外區(qū)域的觀察。“將塵埃探測(cè)器放入星際介質(zhì)將是非常寶貴的經(jīng)驗(yàn)。”

不過(guò)，斯特恩也指出，電力是“新視野”號(hào)要面臨的一個(gè)大問(wèn)題。“新視野”號(hào)的燃料是不斷衰變的二氧化钚，這艘航天器的電力可供其工作到本世紀(jì)30年代末，目前其運(yùn)行狀況良好。(記者 劉 霞)

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