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旅行者1号驶入星际空间

对等离子体的测量表明,旅行者1号飞船已于2012年8月离开日球层,闯入了星际介质。图片来源:NASA

美国航空航天局(NASA)的旅行者1号飞船发回的新数据表明,这艘飞船确实已经离开了日球层的怀抱,驶入了寒冷黑暗的星际空间。所谓的日球层(heliosphere),指的是包裹在太阳周围的一个由炽热的高能粒子构成的气泡。自1977年发射以来,旅行者1号一直在急速飞离太阳。最新测量数据显示,飞船周围等离子体的密度,已与理论预言的星际介质密度相符。根据这些数据,研究人员表示,旅行者1号大约是在2012年8月25日前后,抵达这片从来没有被探索过的寒冷的星际空间的。

旅行者1号利用自身携带的诸多设备向地球发回数据,科学家早就在期待特定的测量结果。确切地说,就是太阳粒子数量的减少和银河宇宙线数量的增多。这样的结果能够告诉他们,旅行者1号穿透了日球层顶(heliopause),也就是太阳等离子体与星际空间等离子体的边界。

史威斯达克(Swisdak)等人最近发表在《天文物理期刊通讯》上的一项研究,描述了旅行者1号飞船周边粒子的一些变化,并用一个理论模型来解释这些数据。这个模型专注于太阳与星际磁场连接的物理机制,认为旅行者1号探测到的高能粒子变化,是由相关的磁场重新连接的过程导致的。

不过现在,旅行者1号上等离子波科学设备的首席研究员、美国艾奥瓦大学的唐·古内特(Don Gurnett)及其团队,提供了今年4月9日到5月22日之间的电子等离子体振荡的测量结果——这在先前的研究中是不可能做到的。这些数据揭示出,旅行者1号当时所处的空间区域里,电子的密度大约为每立方厘米0.08个。而按照现有的模型,星际介质的电子密度应该介于每立方厘米0.05到0.22个电子之间。

古内特等人的这一结果,9月13日在线发表在《科学快报》上。

“现在,我们掌握了新的关键数据,我们相信这是人类迈入星际空间的历史性一步,”美国加州理工大学旅行者号项目科学家埃德·斯通(Ed Stone)说,“旅行者号团队需要时间来分析这些观测,弄清它们的意义。但我们现在可以回答那个我们一直在提的问题了:‘我们到了吗?’是的,我们到了!”

旅行者1号已经穿透了日球层顶,进入了星际空间。图片来源:NASA

为了了解旅行者1号历史性穿越日球层顶有没有可能发生在2013年4月之前,古内特和他的团队回顾了旅行者1号发回的历史数据,从中分辨出了另一次与2013年4、5月间类似的电子振荡事件,发生在2012年10月23日到11月27日之间。他们计算了期间旅行者1号飞船周围的电子密度,大约是每立方厘米0.06个。

他们说,两次电子振荡事件之间电子密度的差异(从0.06到0.08)表明,两个空间区域之间等离子体的密度是在平滑增长,存在一个所谓的“密度斜坡”。考虑到旅行者1号每年飞行大约3.5个天文单位(1个天文单位相当于太阳到地球的平均距离,约为1.5亿千米),研究人员表示,电子密度沿着这个密度斜坡增长的速度,大约是每天文单位升高19%。

“我们在数据中看到这些振荡的时候,真的是从座位上蹦起来了——它向我们证明,飞船已经驶入一片全新的区域,与我们预期的星际空间的环境相符,与太阳周围气泡中的环境完全不同,”古内特说,“很明显,我们已经穿透了日球层顶,也就是太阳等离子体和星际等离子体之间一直假设存在的那道边界,时间大概是2012年8月。”

为了进一步确定旅行者1号驶入了星际介质,古内特及其同事最终引用了古内特与他人早在1993年合作发表在《自然》杂志上的一篇报道。那项研究利用了一系列强劲的太阳风暴,强劲到足以形成一道激波在日球层中穿行。报道中解释说,在太阳风暴发生400天后,研究人员在2000赫兹起的频段里检测到了射电辐射,这是激波与日球层顶(距离太阳估计在116到117个天文单位)相撞的结果。

这些科学家沿着他们的密度斜坡往前倒推,直到他们读数的频率与2000赫兹相符。密度斜坡把他们带回到了2012年8月,而2012年8月25日恰好是带电粒子数量下降和银河宇宙线数量上升的那一天(参见果壳观星者小组:【NASA发布会】旅行者1号飞入太阳系边缘一片全新区域,距离抵达星际空间还有最后一步)。他们指出,这一天很可能是旅行者1号抵达星际空间的日子,距离太阳大约121个天文单位。

旅行者1号被报道已经离开太阳系的次数。事实上,进入星际空间与离开太阳系并不能简单划上等号。图片来源:xkcd

“旅行者号已经大胆闯入了先前没有任何探测器到过的地方,取得了科学编年史上最重要的一项技术成就。随着它驶入星际空间,人类的科学梦想和科学事业又掀开了新一页篇章,”NASA科学任务理事会副主席约翰·格伦斯菲尔德(John Grunsfeld)说,“或许未来的深空探险家会追上旅行者号——我们的首位星际特使,缅怀这艘无畏的飞船如何帮助他们实现了未来。”

“尽管飞了36年,这件事仍令我惊叹,”这篇论文的合作者、艾奥瓦大学的比尔(Bill Kurth)说,“我认为,旅行者号任务比人类曾经梦想过的任何任务都要更加伟大得多——不只是离地球去巡游外太阳系的巨型行星,现在更是首次闯入了星际空间。”

“抵达日球层顶,一直是日球层研究领域的圣杯,”古内特说。现在看来,似乎可以肯定,旅行者1号已经完成了这项任务。

消息来源:EurekAlert!

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发布于2013-09-12, 本文版权属于果壳网(guokr.com),禁止转载。如有需要,请联系果壳

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