旅行者二号超越太阳系的旅程揭示新的宇宙秘密

旅行者 2 号太空船花了四十多年时间乘着太阳风远离太阳，进入银河系。然后，不到一天的时间，探测器就冲破了太阳的保护罩，进入了充满外星粒子的星际海洋。

这个气泡可以排斥大约 70% 的有害宇宙辐射，它的具体形状以及内部如何与外部混合（或不混合）是困扰研究人员数十年的问题。他们通过无线电波和其他观测手段间接瞥见了我们宇宙后院的这个边缘，但他们第一次直接接触这个神秘的边界是在 2012 年旅行者 1 号穿越它的时候。现在，旅行者 2 号在去年 11 月与前任一起穿越了边界，并在第二个地点让我们再次领略了它的魅力。经过一年的分析，研究人员在《自然天文学》杂志上发表了一系列论文，详细介绍了旅行者 2 号对我们周围太阳气泡的直接测量结果——这是对物理结构的具体了解，而在计划任务时，这还只是纯粹的理论。

俄亥俄大学名誉教授、航海者等离子波仪器首席研究员唐纳德·格内特 (Donald Gurnett) 说：“我们 50 年前根本不知道那里是否存在边界。”

虽然旅行者号的主要任务都是行星探索，但后续任务则着眼于整个太阳系。除了照亮天空，太阳还以每小时约一百万英里的速度向四面八方喷出带电粒子太阳风。虽然我们倾向于认为“外太空”是空的，但这种风实际上使太阳系充满了稀薄的等离子体（一种热的、带电的气体），随着风离太阳越远，等离子体就越稀薄。“这就像往房间里喷香水一样，”古内特说。

最终，太阳等离子体变得非常稀薄——大约每个空间魔方中只有一个电子——以至于它再也无法推开星际空间的物质。那里也有等离子体，外面的等离子体比太阳影响范围内的等离子体厚 20 倍——这个区域被称为日光层。从稀薄等离子体到厚等离子体的这种急剧变化表明飞船已经进入了星际空间。“我们正在测量的是我们的后院，”波士顿大学等离子体物理学家梅拉夫·奥弗 (Merav Opher) 说，他没有直接参与旅行者号团队。“我们从来没有离开过银河系的家。”

但现在旅行者号已经进入了附近区域（其他已报废的航天器也进入了，但它们不再收集数据），研究人员正在比较各自位置的测量结果，并拼凑出有关日球层整体形状和行为的任何信息。例如，旅行者 1 号在日球层中时就间接捕捉到了一些星际等离子体的气味——这表明太阳在太阳系周围竖起了一道通风屏障。“这几乎就像有人打开了一扇窗户，我们在 [边界] 前面得到了一些星际物质，”奥弗说。

然而，在去年离开时，旅行者 2 号并没有感受到任何星际阵风。它还感受到了太阳风，一直吹到边缘——旅行者 1 号曾报告过该区域有赤道无风带。

更令人困惑的是磁场的行为。旅行者 2 号支持了旅行者 1 号颇具争议的磁场读数，表明太阳等离子体中的磁场与星际等离子体中的磁场平滑对齐，几乎没有边界的迹象。奥弗说，一种称为重联的现象可能正在融合这两个磁场，但总体而言，日光层并不像一些人希望的那样简单。“我们并不真正了解那个外壳，那堵将我们与星际介质隔开的墙，”她说。“这是一个比我们想象的要复杂得多的事业。”

更为复杂的是，日球层实际上并不是一个球体。太阳在银河系中以每小时近 60,000 英里的速度在太空中疾驰，拖着整个太阳系，将太阳泡挤压成格内特所说的“钝子弹形状”。关于这颗子弹到底是什么样子，人们有一些讨论（奥弗说它类似于船的尾流），但旅行者号的两个出口点正在帮助研究人员开始确定它的形状。

旅行者 1 号从子弹的头部冲出，而旅行者 2 号则从左下方稍远处冲出。尽管两艘飞船在太阳周期（被认为会使日光层膨胀或收缩）的不同时间从不同的出口冲出，但它们在与太阳的距离大致相同的地方遇到了子弹的边界，这表明子弹的前端相当圆。为了弄清子弹的侧面或背面是什么样子，NASA 可能有一天会再派出一个历时数十年的飞行器去接触另一个点。但与此同时，研究人员将不得不使用 IBEX 和 IMAP，这是当前和即将执行的任务，旨在从更靠近地球的地方远程绘制日光层地图。

最终，格内特推测，旅行者号的遗产可能是为了强调宇宙对清晰边界线的喜爱，无论是太阳系的膜还是太阳的表面。正如那句老话所说，大自然并不厌恶真空，也许它真正讨厌的是平滑的过渡。“当你进入星际空间时，你可能会认为它可能是一种连续体，”他说，“但大自然却喜欢把它变成一个真正清晰的边界。”