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          來源︰科技日報    作者︰    發布時間︰2019-02-07 11:42    編輯︰張啟杰

            2018年12月,美國國家航空航天局(NASA)的“旅行者2”號(Voyager 2)航天器追隨其姊妹“旅行者1”號的步伐,挺進星際空間,實現了這一歷史性的壯舉。

            據美國太空網1月30日報道,目前業已發射的航天器中,只有5艘能邁出如此大的步伐,有實力進入星際空間。除了大名鼎鼎的“旅行者”號姊妹花外,其他3艘分別為“先驅者10”號(Pioneers 10)、“先驅者11”號(Pioneers 11)以及“新視野”號(New Horizons)。那麼,哪艘航天器會率先進入星際空間呢?

            根據這3艘航天器目前的行進速度、與地球和太陽的距離,如果日光層的變化保持穩定,“先驅者11”號將在2027年穿過日球層頂(日光層像氣泡,日球層頂是日光層的邊緣),進入星際空間。

            太陽系的邊界在哪

            到達星際空間是一個里程碑,從某種程度上講,可以被認為離開了太陽系。1990年2月23日,于1973年發射的“先驅者11”號成為第四艘飛越海王星軌道的航天器(1972年發射的“先驅者10”號于1983年做到這一點),當時《紐約時報》稱,“先驅者”號航天器飛越海王星軌道,意味著它們離開了太陽系。

            然而,參與“旅行者2”號任務的科學家可不這麼看。相反,最近的測量結果認為,穿過太陽的日球層頂(太陽風層頂)——日光層的理論邊界,是進入星際空間的決定性標志。日光層是由太陽產生的帶電粒子組成的“氣泡”,科學家用它來標記星際空間的起點。

            但日光層非常復雜,其會隨著太陽22年的周期變化,隨著太陽風而不斷變小和變大,並向太陽行進方向的後方伸展。所以,從地球上很難對日光層進行測量。目前,NASA的“星際邊界探測器”(IBEX)任務正在努力確定這一“氣泡”的邊界在何處。

            當“旅行者1”號和“旅行者2”號穿過日球層頂時,它們上面搭載的粒子儀器仍正常運行,觀測數據表明,它們已經穿越了這一氣泡區域。但還有研究人員認為,太陽除了被日光層包圍之外,也被奧爾特雲(Oort Cloud)所包圍,奧爾特星雲是一片由冰凍天體組成的區域,據估計,其範圍從1000AU(天文單位,等于地球和太陽之間的距離,約1.5億公里)到10萬AU不等,遠遠超出日球層頂。因此,“旅行者”號航天器不算是完全飛出了太陽系。

            “先驅者11”號或捷足先登

            除了“旅行者”號外,未來哪艘航天器會捷足先登,進入星際空間呢?

            由于日光層不斷變化,所以科學家也很難說出“先驅者10”號、“先驅者11”號何時會進入星際空間,只能根據現有數據進行推斷。

            據NASA的《超越地球︰深空探測編年史》書中記載,截至2017年11月5日,“先驅者10”號距離地球約118.824AU,是除“旅行者1”號以外距離地球最遠的航天器。然而“先驅者11”號和“旅行者”號正朝著太陽行進的方向前進,“先驅者10”號正朝著太陽的尾側方向前進。2017年的研究指出,日光層的尾部距離太陽約220AU。由于“先驅者11”號每年的行程約為2.5AU,因此,“先驅者10”號可能要到約2057年才能到達這個不斷變化的太陽系邊界。

            該書還指出,截至2017年11月5日,“先驅者11”號距離地球約97.6AU。與它的雙胞胎“先驅者10”號不同,這一航天器的行進方向與“旅行者”號大致相同。“旅行者2”號在距離地球約120AU時進入星際介質。由于“先驅者11”號以每年2.3AU的速度飛行,假設太陽系的邊界不改變的話,它應該會在2027年左右進入星際空間。但其實,太陽系邊界可能會改變。

            至于2006年發射的“新視野”號的情況,它于2019年1月1日飛掠太陽系內的遙遠天體“天涯海角”,而且其發射時間遠遠晚于其他4艘航天器。在飛掠期間,“新視野”號距離太陽43AU。該任務首席調查員艾倫·斯特恩說,該航天器每年行進約3.1AU。再過20年,它很有可能進入星際空間。因此,如果它與“旅行者2”號穿越相同的邊界,將在2043年進入星際空間。

            綜上所述,如果日光層的變化保持穩定(這不太可能),“先驅者11”號將在2027年穿過日球層頂;“新視野”號緊隨其後,于2043年完成穿越;而最先發射的“先驅者10”號將在2057年離開日光層。

            “新視野”號可能電力不足

            斯特恩說,如果“新視野”號能進入星際空間,並在那時仍正常運行(這是有可能的),它將為我們提供有關星際空間的詳細信息。“新視野”號所攜帶的粒子探測器比“旅行者”號上搭載的粒子探測器強大得多。此外,“新視野”號還攜帶了一個灰塵探測器,可以提供對日光層以外區域的觀察。“將塵埃探測器放入星際介質將是非常寶貴的經驗。”

            不過,斯特恩也指出,電力是“新視野”號要面臨的一個大問題。“新視野”號的燃料是不斷衰變的二氧化鐶,這艘航天器的電力可供其工作到本世紀30年代末,目前其運行狀況良好。(記者劉 霞)

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