文·科技日?qǐng)?bào)記者 陳萌

美國(guó)新墨西哥州立大學(xué)和馬里蘭大學(xué)的研究人員近日在《地球物理研究通訊》網(wǎng)絡(luò)版發(fā)表論文說(shuō)，去年8月25日，旅行者1號(hào)探測(cè)器接收到的宇宙射線發(fā)生劇烈變化，通常存在于太陽(yáng)系外層的相關(guān)種類射線大幅下跌，同時(shí)來(lái)自太陽(yáng)系外部的宇宙射線則大大增加，這說(shuō)明旅行者1號(hào)探測(cè)器已經(jīng)脫離太陽(yáng)系。但隨后美國(guó)航空航天局（NASA）官方撰文稱這一說(shuō)法不準(zhǔn)確。但不管怎樣這些爭(zhēng)論都表明人類正迎來(lái)人造物體飛出太陽(yáng)系的歷史性時(shí)刻。

太陽(yáng)系邊界無(wú)具體位置

旅行者1號(hào)飛離只差磁場(chǎng)變向

關(guān)于走出某個(gè)地區(qū)的邊界，我們?cè)谌粘Ｉ钪幸步?jīng)常會(huì)經(jīng)歷。比如平時(shí)開(kāi)車出了北京市進(jìn)入河北省往往會(huì)看到一個(gè)醒目的大牌子上寫(xiě)著：“河北人民歡迎你”。而旅行者1號(hào)飛出了太陽(yáng)系，當(dāng)然不會(huì)看到一個(gè)牌子上寫(xiě)著：“太陽(yáng)系外人民歡迎你”了。那么如何判斷旅行者1號(hào)是否飛出太陽(yáng)系了呢？

航天專家、《國(guó)際太空》雜志執(zhí)行主編龐之浩解釋說(shuō)，目前根據(jù)人類科學(xué)能夠達(dá)到的程度，科學(xué)家普遍認(rèn)為判斷空間探測(cè)器是否飛出太陽(yáng)系要滿足3個(gè)條件：一是接收到的太陽(yáng)系外宇宙射線數(shù)量急劇增加，而源自太陽(yáng)的高能粒子數(shù)量明顯下降；二是太陽(yáng)風(fēng)大幅減速，并且能探測(cè)到星際風(fēng)的行蹤；三是探測(cè)到磁場(chǎng)方向發(fā)生變化?！澳壳?，旅行者1號(hào)所處空間環(huán)境已經(jīng)滿足前兩個(gè)條件，它所接收的宇宙射線比以往增加了2倍，所接收的太陽(yáng)輻射的高能粒子卻只有以前的1%，但探測(cè)器的磁力計(jì)還未發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)方向的偏轉(zhuǎn)?！饼嬛普f(shuō)，“美國(guó)航空航天局之所以認(rèn)為旅行者1號(hào)還沒(méi)有飛出太陽(yáng)系就是因?yàn)檫@個(gè)條件還沒(méi)有滿足。但是旅行者1號(hào)確實(shí)已經(jīng)到達(dá)太陽(yáng)系的邊緣了。”

就像我們兩個(gè)國(guó)家的國(guó)界上有界碑一樣，越過(guò)界碑就算出了國(guó)。太陽(yáng)系的邊界為什么不能用具體的位置點(diǎn)來(lái)確定呢？

龐之浩說(shuō)，太陽(yáng)系的邊界一直存在爭(zhēng)議。人類歷史上，對(duì)于太陽(yáng)系邊界的認(rèn)識(shí)在不斷更新和改變，最早人們認(rèn)為越過(guò)冥王星就出了太陽(yáng)系，后來(lái)認(rèn)為探測(cè)出“激波”就表明出了太陽(yáng)系。但現(xiàn)在天文學(xué)家認(rèn)為太陽(yáng)系不存在一刀切的界面，其界面是延伸和不規(guī)則的，原因是太陽(yáng)粒子和太陽(yáng)系外的宇宙粒子是互相影響的，決定其在太陽(yáng)系之內(nèi)還是太陽(yáng)系之外，主要看占主導(dǎo)地位的粒子源自哪里。所以只能用以上的3個(gè)指標(biāo)來(lái)衡量而不能用具點(diǎn)來(lái)衡量。

現(xiàn)在旅行者1號(hào)已經(jīng)達(dá)到了距離太陽(yáng)約182億公里的位置，雖然不能稱之為“進(jìn)入了星際空間”，但美國(guó)航空航天局認(rèn)為，旅行者1號(hào)已經(jīng)抵達(dá)穿越的最后一片全新的區(qū)域。

這片全新區(qū)域被科學(xué)家比作“磁力高速公路”。太陽(yáng)的磁力線與星際磁場(chǎng)的磁力線是連接在一起的。太陽(yáng)系內(nèi)部的低能帶電粒子能夠向外擴(kuò)散，來(lái)自外部的高能粒子在此趁勢(shì)而入。所以，帶電粒子是急速地四處亂竄的，讓旅行者1號(hào)仿佛踏上了一條“磁力高速公路”。

“盡管旅行者1號(hào)仍在太陽(yáng)系的勢(shì)力范圍之內(nèi)，但我們現(xiàn)在已經(jīng)可以品嘗一下太陽(yáng)系外是什么味道了，因?yàn)閹щ娏Ｗ诱刂帕Ω咚俟房焖龠M(jìn)進(jìn)出出?！甭眯姓咛?hào)項(xiàng)目科學(xué)家如是說(shuō)。

飛出太陽(yáng)系意義很重大

攜帶“地球之音”尋找系外文明

盡管旅行者1號(hào)仍在太陽(yáng)系內(nèi)，“但它還是很有希望飛出太陽(yáng)系的”。龐之浩說(shuō)，目前旅行者1號(hào)使用的電源可以讓它工作到2025年，而且受惠于幾次的引力加速，使得旅行者1號(hào)的飛行速度比其他任何人造太空飛行器都要快，達(dá)到了約每秒17公里，這個(gè)速度甚至超過(guò)了目前正飛往冥王星的新地平線號(hào)冥王星探測(cè)器的速度，已經(jīng)達(dá)到第三宇宙速度，所以它很有希望飛出太陽(yáng)系，而且可能會(huì)成為第一個(gè)飛出太陽(yáng)系的人造探測(cè)器。

旅行者號(hào)項(xiàng)目科學(xué)家愛(ài)德華·斯通認(rèn)為，如果旅行者1號(hào)最終進(jìn)入星際空間將是個(gè)重大的里程碑，標(biāo)志著星際探索新時(shí)代的到來(lái)。龐之浩說(shuō)，旅行者1號(hào)飛出太陽(yáng)系，首先體現(xiàn)了人類探索宇宙的能力，因?yàn)檫@意味著航天器本身的技術(shù)已達(dá)到很高的水平，測(cè)控系統(tǒng)也達(dá)到了很高的水平，這些技術(shù)對(duì)于未來(lái)宇宙探索具有重要的借鑒意義。

其次，旅行者1號(hào)還帶著將地球人的信息傳遞給外星人的任務(wù)。美國(guó)在1972年、1973年先后發(fā)射的先驅(qū)者10號(hào)、11號(hào)探測(cè)器，就攜帶了標(biāo)志地球與人類符號(hào)的鍍金鋁板。和“先驅(qū)者”不同，1977年發(fā)射的旅行者1號(hào)及其兄弟旅行者2號(hào)攜帶的不再是簡(jiǎn)單的“地球名片”，而是一張名為“地球之音”的12英寸厚鍍金銅制光盤(pán)，這張壽命可達(dá)10億年的光盤(pán)上錄制了55種語(yǔ)言的問(wèn)候語(yǔ)，包括古代美索不達(dá)米亞阿卡得語(yǔ)等非常冷僻的語(yǔ)言，以及中國(guó)的方言（粵語(yǔ)、閩南語(yǔ)和客家語(yǔ)），還有地球自然界的各種聲音、27首樂(lè)曲以及包括中國(guó)長(zhǎng)城在內(nèi)的115幅照片。人們期望，有朝一日，它們會(huì)被宇宙中的外星智慧生命截獲。那時(shí)，外星人就有可能通過(guò)這些了解到地球人的存在。

此外，旅行者1號(hào)飛出太陽(yáng)系后的主要任務(wù)則是測(cè)量宇宙光束粒子。

雖然肩負(fù)重任，但龐之浩指出，目前擺在旅行者1號(hào)面前的有兩個(gè)問(wèn)題，一個(gè)是電源的問(wèn)題，旅行者1號(hào)一共帶了10個(gè)有效載荷，為節(jié)約電力，它探測(cè)完土星及其衛(wèi)星后就關(guān)閉了相機(jī)，2020年還將關(guān)閉更多機(jī)載設(shè)備，只留下少數(shù)科學(xué)儀器繼續(xù)工作，直到電池耗盡。當(dāng)2025年核電池耗盡后，旅行者1號(hào)將繼續(xù)向著銀河系的中心前進(jìn)，只是不會(huì)再傳送數(shù)據(jù)給地球。

第二個(gè)是信號(hào)的接收問(wèn)題。因?yàn)樾盘?hào)的強(qiáng)度與距離的平方呈反比，距離越遠(yuǎn)信號(hào)越弱?！奥眯姓?號(hào)可以飛得無(wú)限遠(yuǎn)，但接收不到信號(hào)一切都沒(méi)有意義?！饼嬛普f(shuō)，“旅行者1號(hào)已經(jīng)在太空中飛行了36年，目前它發(fā)回的數(shù)據(jù)要用超過(guò)16個(gè)小時(shí)的時(shí)間才能傳回地球，預(yù)計(jì)到2025年人類還能接收到它的信號(hào)，但再往后就很難說(shuō)了。如果人類能在旅行者1號(hào)和地球之間建幾個(gè)中繼站可能就會(huì)解決這個(gè)問(wèn)題，但是目前各國(guó)還沒(méi)有相關(guān)的計(jì)劃項(xiàng)目。”

“旅行者”曾立下赫赫功勛

新太陽(yáng)系外探測(cè)器即將踏征程

據(jù)龐之浩介紹，旅行者1號(hào)于1977年9月5日在美國(guó)卡納維拉爾角空軍基地由大力神3號(hào)E/半人馬座火箭發(fā)射升空，發(fā)射時(shí)重2016千克，到達(dá)木星時(shí)重792千克。它的主體是扁平的十面棱柱體，頂端裝有一個(gè)直徑約3.7米的大型高增益天線，左右兩側(cè)各伸出一根懸臂，較長(zhǎng)的一根是磁強(qiáng)計(jì)支柱，短的一根是科學(xué)儀器支架。它共攜帶有10種科學(xué)探測(cè)儀器，包括成像系統(tǒng)、紫外光譜儀、紅外光譜儀、磁強(qiáng)計(jì)、行星射電天文學(xué)實(shí)驗(yàn)裝置、照相偏振測(cè)量?jī)x、等離子微粒實(shí)驗(yàn)裝置等，用于探測(cè)宇宙線、行星磁場(chǎng)、行星大氣成分等。此外，旅行者1號(hào)還裝備有3臺(tái)放射性同位素?zé)犭姲l(fā)射器作為電源，其中兩臺(tái)是工作電源，一臺(tái)是備用電源，每臺(tái)39千克，可提供30伏、470瓦的電能。旅行者2號(hào)于1977年8月20日發(fā)射升空，比旅行者1號(hào)早了半個(gè)月，兩個(gè)旅行者號(hào)探測(cè)器形制大體相同。

美國(guó)航空航天局送兩個(gè)“旅行者”上天的最初目標(biāo)是探測(cè)木星、土星、天王星和海王星。由于飛行軌道不同，1979年3月旅行者1號(hào)率先到達(dá)木星上空，繼而于1980年11月飛越土星。旅行者2號(hào)則在1979年7月飛越木星，1981年飛越土星。

30多年時(shí)間里，這對(duì)“孿生兄弟”立下了赫赫功勛。兩個(gè)旅行者探測(cè)器發(fā)現(xiàn)，木星的衛(wèi)星“木衛(wèi)一”上有火山活動(dòng)。旅行者1號(hào)發(fā)現(xiàn)“木衛(wèi)二”表面有蹤橫交錯(cuò)的紋理，以及“土衛(wèi)六”擁有濃密的大氣層，還發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)十四、十五和十六以及土衛(wèi)十三、十四和十五。旅行者2號(hào)則發(fā)現(xiàn)木星“大紅斑”風(fēng)暴是以逆時(shí)針?lè)较蜣D(zhuǎn)動(dòng)的復(fù)雜風(fēng)暴系統(tǒng)。它們發(fā)回了數(shù)以萬(wàn)計(jì)的清晰照片。正是它們對(duì)木星和土星的考察，才使得人類對(duì)這兩個(gè)大行星的認(rèn)識(shí)有了很大提高。

不過(guò)，在它們先后訪問(wèn)土星后，兩兄弟就分道揚(yáng)鑣了。其中旅行者1號(hào)由于新增加了重點(diǎn)探測(cè)土衛(wèi)六的任務(wù)，而探測(cè)土衛(wèi)六有特定的軌道要求，所以在完成土星系探測(cè)后，旅行者1號(hào)沒(méi)有像旅行者2號(hào)那樣飛向天王星和海王星，而是向上飛出了太陽(yáng)系諸行星的軌道平面，旅行者2號(hào)則在越過(guò)土星后，又繼續(xù)訪問(wèn)了天王星和海王星，并發(fā)現(xiàn)天王星10個(gè)之前未知的天然衛(wèi)星以及海王星的大黑斑。最后，它也飛出太陽(yáng)系諸行星的軌道平面。不過(guò)，由于飛行軌道的不同，它多走了許多彎路。

旅行者1號(hào)畢竟是以太陽(yáng)系內(nèi)探測(cè)為主，即便飛出了太陽(yáng)系它也無(wú)法近距離經(jīng)過(guò)任何恒星——飛到最近的半人馬座α星也要幾萬(wàn)年。然而長(zhǎng)江后浪推前浪，新的太陽(yáng)系外探測(cè)器即將整裝踏上征程。美國(guó)航空航天局官方網(wǎng)站的消息稱，星際邊界探測(cè)器將于今年夏天發(fā)射，這一探測(cè)器的使命就是為了探索激波邊界和太陽(yáng)風(fēng)鞘。

該項(xiàng)目的領(lǐng)導(dǎo)研究人員、美國(guó)圣安東尼奧西南研究學(xué)院的大衛(wèi)·麥克康馬斯指出，星際邊界探測(cè)器將帶有高能中性原子分析器，可以捕捉太陽(yáng)風(fēng)鞘與星際空間的各種變化。

而美國(guó)約翰·霍普金斯大學(xué)的拉爾夫·麥克納特正與美國(guó)噴氣推進(jìn)實(shí)驗(yàn)室一起計(jì)劃研制一艘“創(chuàng)新星際探測(cè)器”。它有望于2014年發(fā)射，能在25年內(nèi)飛到200個(gè)天文單位之處，2040年，它將一窺星際空間。

■名詞解釋

激波邊界：激波邊界是太陽(yáng)風(fēng)在恒星間氣體壓力下減速的地帶。在這個(gè)地帶，太陽(yáng)風(fēng)從每小時(shí)100萬(wàn)至240萬(wàn)公里的高速急劇下降，其粒子密度更大，溫度也升高了?？茖W(xué)家認(rèn)為，由于恒星間氣體壓力變化，這個(gè)區(qū)域經(jīng)常收縮或膨脹，很難清晰確定邊界。

太陽(yáng)風(fēng)鞘：從太陽(yáng)“吹”出的太陽(yáng)風(fēng)在靠近太陽(yáng)的地方，具有很大推力，可以輕松地吹散太陽(yáng)周圍的星際介質(zhì)。不過(guò)在遠(yuǎn)離太陽(yáng)的地方，星際介質(zhì)最終會(huì)勝出，它們會(huì)使太陽(yáng)風(fēng)減速并最終停下來(lái)。太陽(yáng)風(fēng)減速并且開(kāi)始和星際介質(zhì)相互作用的地方被稱為太陽(yáng)風(fēng)鞘。

天文單位：地球到太陽(yáng)的平均距離為一個(gè)天文單位，一天文單位約等于1.496億千米。