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人类或被困在太阳系?旅行者2号飞了40多年,遭遇49427℃“火墙”

2023-08-22 17:06:57  来源:说宇宙

旅行者一二号已经流浪多年,为的就是走出太阳系,探索未知。所以它们被命名为旅行者。

用简单的例子来比喻的话,已飞行至不惑之年的旅行者2号探测器,和它的兄弟1号探测器,就像两只从北京一环线内出发的蚂蚁,它们爬呀爬,从一环线爬过二环三环线,想最终爬到香山顶上,一窥北京城全貌

在两只蚂蚁的认知中,它们根本不知道爬到了哪里,也不知道沿途都经过了什么。对于旅行者号探测器而言,一旦飞越太阳系,也就进入了茫茫无边的未知领域。


(资料图片仅供参考)

埃伦娜·普罗沃尼科娃,作为约翰霍普金斯大学应用物理实验室的研究员,也做过类似的比喻:要想看看自己房子的全貌,必须得到外面去。人类要想理解太阳圈究竟是什么样子,同样得走出太阳系才行。

200亿公里的距离,在人类的认知中,好比一只蚂蚁从北京爬行到了广州。但是对旅行者2号来说,离开地球46年飞出去的这段距离,还远远没有进入真正的星际空间。

如今,旅行者2号已飞到了太阳系和系外宇宙的边界区域。它不但面临着核电池能量即将耗尽,与家里快要失去联络的问题,而且太阳系内真正的主人太阳,也用炽热的“火墙”向其发出过最后的“警告”。

那么,旅行者2号是否能穿越“火墙”飞往宇宙深处?“火墙”的存在对人类究竟是限制还是保护?

“火墙”是太阳系与系外宇宙之间的活跃混沌带

还是先以蚂蚁为例,如果一只蚂蚁爬行到一列停止的火车跟前,蚂蚁看不到火车的全貌,或许也感知不到火车的存在,但在实际爬行过程中,它却被这列火车确确实实的阻碍了。尤其是当火车启动,如果此刻蚂蚁正好爬行在火车表面,它肯定会被强劲的风吹下去。

对人类来说,旅行者2号越靠近太阳系的边缘地带,所面临的未知局面就跟那只蚂蚁一模一样。

太阳系边缘区域的“火墙”,只是一个能让大众理解的简单说法,它包含了大量的天文学概念。

“火墙”就是天文学概念上的日球层区域,日球层也叫太阳圈,又叫太阳风顶层。简单来说,它是太阳风遇到星际介质而停滞的地方。

太阳风虽然被称之为“风”,但它是太阳表层大气射出去的带电粒子流,它以太阳为中心,360度无死角的形式向外发射,所以就像刮风一样。

日球层说白了,就是太阳风所能“刮”到的最远的区域。看起来,这里似乎就是太阳系和系外宇宙的边界。

但严格意义上来说,它并非是一个固定的边界地带。它是动态的,是一个随时会向外扩张,亦或是向内塌缩的混沌区域。之所以会这样,是因为每次太阳风的威力大小不同,“风”刮到日球层区域时,导致的结果自然也就不一样了。

然而,不管是扩张了还是塌陷了,人类都感知不到。因为以人类的概念来说,无论是面积还是厚度,太阳风所到达的日球层都太大了。

2014年,旅行者1号和2号在行进过程中,就被一场太阳风暴所刮出去的“风”追上了,两个探测器都向地球传回了这场太阳风所形成的一系列数据。

风暴一秒就行进800公里;两天时间行进了1亿5千万公里;两个月后,这股从太阳表层“刮”出去风已行进了45亿公里,但此刻这股风还远远没有抵达到日球层区域;直到6个月后,这场风才终于“刮”到了距离太阳130多亿公里的地方。

“风力”所达极限之处,影响力亦逐渐降低,此刻来自外部的压力渐渐增加,于是乎这场太阳风所产生的日球层,就在130多亿公里远的地方形成了。

在这期间,由于旅行者1号探测器于2012年就进入了星际空间,因此这场太阳风只有微弱的尾风追上了它,旅行者2号在2015年底被太阳风追上,经历了全部的过程。

探测器传输回来的数据显示,此次形成的日球层,光是湍流边界的厚度就有几百万公里,表面积更是达到了数十亿平方公里。这片庞大的混沌区域,就是旅行者2号正在面临着的“火墙”。

然而这道“火墙”,并非太阳圈的真正表面。霍普金斯大学应用物理实验室根据传输回来的数据估算,日球层正面的厚度达到了一个天文单位,换算成常规距离为1.49亿公里。

从宇宙和太阳的角度看,“刮”场风形成的规模以及所用时间,似乎就是打个喷嚏须臾之间的事。然而将我们放置其中,对比下来是真正的沧海一粟。

小小的旅行者2号就置身“火墙”中,它就好比那只正赶上火车启动的蚂蚁。在这一区域内,活动的射电辐射以及高能带电粒子所形成的温度,最高可接近5万摄氏度,这比太阳表层5千多度的温度还要高。

以人类的认知看,在这样的温度下旅行者2号早就该被气化了。不过由于这一区域内的超热等离子体密度不高,因此温度并不是旅行者2号接下来面临的威胁。

而且到2018年11月时,旅行者2号已进入了一个全新的区域。它周围来自太阳的低能粒子密度陡崖式下降,另一种高能次原子粒子增多,后者正是太阳系外的宇宙射线。

此刻,旅行者2号距离太阳大约为178亿公里,这比我们距离太阳还要远上119倍。这意味着,经过了41年的艰难跋涉,旅行者2号终于来到了太阳系的地带。

再往前飞下去,它就要真正脱离由太阳风形成的太阳气泡的保护了。

“火墙”和气泡之间的关系

日球层是太阳风所能触及到的最远的混沌地带,而随着太阳风不断爆发,太阳系四周形成的混沌区域就逐渐连成了片,最终形成了一个类似气泡的介质。天文学领域,这个巨大无比的气泡又被称之为太阳圈。

此前旅行者1号由于提前关闭了一个感应器,在穿越日球层和太阳气泡期间,有部分数据未能记录。而且旅行者1号要比2号幸运,它飞行的方向,并没有遭遇新的太阳风,所以周围的区域相对稳定。

对比之下,旅行者2号一路遭遇到的都是迅猛的太阳风。由此一来,两个探测器记录下来的数据也就有了区别。

旅行者1号虽然没有遭遇太阳风,但太阳系外星际介质的压力,它在行进过程中就不断遭遇到了。旅行者2号则一路见证了,强大的太阳风向外扩张的态势。

而两者遇到的情况,其实就正是太阳气泡的动态活动过程。太阳风强劲的方向,气泡由内向外扩张;而在太阳风没有吹到的相对静止区域,由于外部星际介质的持续压力,气泡是在缓慢的向内塌缩的。

由于每场太阳风的威力、方向等都不一样,因此太阳气泡的形态也在随时发生变化。但不管发生怎么样的变化,由于人类身处气泡之内,不但人类难以研究外面的星际空间,而且在内部我们也无法确定气泡的大小和形状。

虽然旅行者1号和2号都已脱离太阳气泡,到达了太阳系的边缘地带,可仅凭两个探测器,想要探知整个太阳气泡的规模和形态,这种难度堪比让人类实现长生不老。

再者,两个探测器飞行的方向不一样,截止到2018年时,1号和2号探测器之间的距离已超过240亿公里。在这种情况下,两个探测器想搞清楚所在区域内气泡的差异都很难。

而且根据以往太阳风的监测数据发现,太阳风虽然在影响着太阳气泡的形状和规模,但它的影响力却超不过圈外施加的影响力。至少从人类目前观察的角度看是如此。

综合来看,日球层也就是那道“火墙”,它是太阳风直接“刮”出来的结果。而太阳气泡则是太阳风和星际介质长期共同作用下,形成的一个围绕太阳系的庞大区域边界。

所以,“火墙”和太阳气泡,“火墙”形成在前,它将“太阳之力”动态作用于太阳系边界;而太阳气泡则是在星际介质的反作用力下,与“火墙”相互碰撞挤压,最终形成了一个混沌的边界带。

时至今日,科学界并没有搞清楚,太阳气泡这种现象是独此一份,还是在其他星系中也存在。

而对渺小的人类来说,正是因为有它的存在,我们才能免遭致命辐射的伤害。

太阳气泡对人类的保护超过了限制

高能次原子粒子带电,它的速度可超过光速,这就是宇宙射线的来源。从星系坍塌到恒星爆炸,再到其他灾难性的宇宙事故,都会形成宇宙射线。

如果没有太阳风,没有太阳气泡,这些宇宙射线将会无差别的喷射到地球上。直接暴露在辐射之下,试想人类还能生存吗?

杰米·兰金,第一个根据旅行者号传送来的数据撰写论文的科学家,根据数据显示,超过九成的宇宙辐射都被太阳风阻挡了。杰米认为,要是没有太阳风的保护,人类是否存在都是未知数。所以,气泡的存在对时下的人类来说,保护远远大于限制。

毕竟人类太渺小了,渺小到旅行者1号虽然在2012年就已进入了星际空间,可实际上距离它真正脱离太阳的势力范围还有很远。

最直接的例子是,假如一个人时下身处旅行者1号的位置,依然能用肉眼看到太阳光。再向外,那个由尘埃和冰组成的巨大球体云团,也就是我们所知的奥尔特云,也在太阳的引力范围内。

根据目前旅行者1号飞行的速度,它要真正飞抵奥尔特云,换算成地球上的时间还需要300年。如果从这个角度去看,不管是旅行者1号还是2号,实质上都飞不出太阳的势力范围。

但是从另一个角度看,地球上之所以能产生高等文明,不仅仅因为环境适宜,还在于人类从诞生的那一刻起,就拥有探索未知的勇气。

旅行者号离开家已经四十多年,它们的脚步并没有停下。就像那两只蚂蚁,虽然会死,但爬上香山顶的信念,却会在族群中延续下去。探索宇宙之奥秘,人类亦如此。

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