2018年12月美國國家航空航天局(NASA)的旅行者2號(Voyager 2)宇宙飛船以其姊妹“旅行者1號”(Voyager 1)為榜樣，進(jìn)入了星際空間（即飛出太陽系）。目前包括“旅行者”號在內(nèi)，只有五艘宇宙飛船能夠飛出如此巨大的空間。剩下的三分別是先驅(qū)者10號和11號，以及新視野號，那么下一個飛出太陽系的宇宙飛船將是？這個里程碑（到達(dá)星際空間）可以被認(rèn)為是離開了太陽系，讓我們弄清楚這意味著什么。1990年《紐約時報》報道說：先驅(qū)者在飛越海王星軌道時離開了太陽系。然而旅行者2號的科學(xué)家們并不是用它來做決定的。

博科園-科學(xué)科普：相反最近的測量認(rèn)為，太陽的日球頂(理論上的日球?qū)舆吔?交叉是進(jìn)入星際空間的決定因素。日球?qū)邮怯山?jīng)過太陽帶電粒子形成的氣泡，科學(xué)家們用它來標(biāo)記星際空間的起點。但是日球?qū)邮菑?fù)雜的，它隨著太陽22年的太陽周期而變化，隨著太陽風(fēng)的收縮和增長，并沿著恒星的運(yùn)行方向向太陽后方伸展。

從地球上測量并不容易。美國國家航空航天局(NASA)星際邊界探測器(IBEX)任務(wù)正在努力遠(yuǎn)程確定氣泡的邊緣。旅行者號探測器的觀測表明，它們已經(jīng)穿透了這個氣泡。然而由于研究人員認(rèn)為太陽也被奧爾特云(Oort Cloud)所包圍，這是一片由冰體組成的區(qū)域，據(jù)估計其范圍從1000到10萬個天文單位不等，遠(yuǎn)遠(yuǎn)超出了太陽頂層。

旅行者2號探測器穿越太陽系的畫面，圖片：NASA

旅行者號探測器不能被認(rèn)為完全脫離太陽系(一個天文單位或AU，是地球和太陽之間的距離——9300萬英里或1.5億公里)。當(dāng)旅行者1號和2號穿越太陽風(fēng)頂時，他們?nèi)匀辉诠ぷ鞯牧Ｗ觾x器揭示了這一歷史事件。日球?qū)悠鹬帘巫饔茫瑩踝×似渌阈前l(fā)出的宇宙射線所產(chǎn)生的許多高能粒子。通過跟蹤在太陽系內(nèi)部發(fā)現(xiàn)的低能粒子和來自太陽系外部的高能粒子，這些儀器可以揭示宇宙射線的突然激增，提醒科學(xué)家宇宙飛船已經(jīng)離開了太陽系。那么下一個進(jìn)入星際空間的宇宙飛船是什么呢？

詳細(xì)信息

日球?qū)硬粩嘧兓男再|(zhì)使得我們無法判斷先驅(qū)者10號和11號什么時候進(jìn)入星際空間，可能他們中的一個可能已經(jīng)…。根據(jù)美國國家航空航天局(NASA)《超越地球:深空探索編年史》(Beyond Earth: A Chronicle of Deep Space Exploration)，截至2017年11月5日，先驅(qū)者10號距離地球約118.824天文單位，是除旅行者1號以外距離地球最遠(yuǎn)的航天器。

然而當(dāng)先驅(qū)者11號和旅行者2號都朝著太陽表面的運(yùn)行方向前進(jìn)時，先驅(qū)者10號卻朝著后面的方向前進(jìn)。根據(jù)2017年的研究，日球?qū)拥奈膊烤嚯x太陽約220 AU。由于先驅(qū)者10號每年的行程約為2.5 AU，因此先鋒需要大約2057年(40年)的時間才能到達(dá)不斷變化的邊界。

太陽系日球?qū)颖Ｗo(hù)我們的行星免受宇宙輻射。它不斷變化的形狀使得人們很難預(yù)測宇宙飛船什么時候會越過邊界進(jìn)入星際空間。圖片：NASA/Goddard

截至2017年11月5日，“先驅(qū)者11號”距離地球約為97.6AU。與它的孿生兄弟不同的是，宇宙飛船的運(yùn)行方向與旅行者號大致相同。旅行者2號以120天文單位進(jìn)入星際介質(zhì)。由于先驅(qū)者11號以每年2.3 AU的速度飛行，它應(yīng)該會在2027年左右的未來10年進(jìn)入星際空間——假設(shè)邊界不會改變，它很可能會改變。

那，三艘宇宙飛船中最新的一艘新地平線號（新視野號）呢？2019年1月1日，這艘宇宙飛船進(jìn)行了最近一次飛越太陽系天體的飛行，發(fā)射時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)晚于其他四次。在飛越期間，“新地平線”距離太陽43天文單位。這次任務(wù)的首席研究員艾倫·斯特恩(Alan Stern)說：飛船每年飛行3.1個天文單位，或者說10年內(nèi)飛行31個天文單位。

再過20年，飛船有相當(dāng)大的機(jī)會進(jìn)入星際空間。如果“新地平線”號越過旅行者2號的相同邊界(它不會，但只是作為基線來考慮)，它將在2043年，也就是不到24年的時間里完成這趟旅程。但I(xiàn)SM的這條線有可能向內(nèi)移動，允許更快地越過。雖然我們無法直接確認(rèn)“新地平線”號是否與“先驅(qū)者”號宇宙飛船一起穿越太陽風(fēng)頂，但它仍有可能繼續(xù)發(fā)揮作用，并將提供星際空間的詳細(xì)研究。它攜帶的粒子探測器比旅行者號上發(fā)現(xiàn)的粒子探測器強(qiáng)大得多。此外“新視野”號還攜帶了一個灰塵探測器，它可以提供對日球?qū)右酝鈪^(qū)域的觀察。在星際介質(zhì)中放置一個塵埃探測器將是一次非常寶貴的經(jīng)歷。

由太陽風(fēng)形成的日球?qū)邮且粋€大氣泡，它保護(hù)太陽系免受外部危險的星系輻射，圖片：NASA/Goddard Space Flight Center Conceptual Image Lab

但無論它們是否還能正常運(yùn)轉(zhuǎn)，情況都將非常嚴(yán)峻。斯特恩認(rèn)為，功率是限制因素?！靶碌仄骄€”號的燃料是衰變的二氧化钚。目前，這艘宇宙飛船有足夠的動力工作到本世紀(jì)30年代末，目前運(yùn)行狀況良好。如果不斷變化的日球?qū)颖３朱o止(這不大可能發(fā)生)，先驅(qū)者11號將在2027年成為下一個穿過日球頂?shù)?，接著?043年的新地平線號?！跋蠕h10號”是五艘發(fā)射飛船中的第一艘，將于2057年最后離開日球?qū)?。同樣，這假設(shè)了在未來40年里日冕頂保持靜止的極端不現(xiàn)實的可能性。

做“通行證”

“先驅(qū)者10號”和“先驅(qū)者11號”上都有一塊銘牌，銘牌上的設(shè)計被鐫刻在飛船天線支撐支柱上的鍍金陽極化鋁板上，以幫助飛船免受星際塵埃的侵蝕。圖片：NASA

如果你對宇宙飛船在長跑比賽中什么時候會“超過”對方感興趣，大衛(wèi)·克蘭諾在他的博客中計算出了這些數(shù)字，沒有比這更強(qiáng)大的了?？颂m諾在航天工業(yè)工作，從未參與過這五次任務(wù)中的任何一次。

需要說明的是，這些航天器都在不同的路徑上運(yùn)行，所以它們不會像在公路上運(yùn)行那樣彼此擦身而過。相反，隨著時間的推移，距離地球最遠(yuǎn)和最近的行星將會發(fā)生變化?？颂m諾說：我一直對旅行者號和先驅(qū)者號很感興趣，我只是好奇，當(dāng)一些文章提到‘新地平線號’比先驅(qū)者號走得更快時，他們什么時候會相遇。

利用有限的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)“旅行者1號”在1982年至1983年間超過了“先驅(qū)者11號”。估計“旅行者2號”在1988年3月左右超過了“先驅(qū)者11號”，盡管速度和方向的變化表明它可能更快。由于“新地平線”號通過“先驅(qū)者10號”和“11號”都是在遙遠(yuǎn)的將來，因此這些數(shù)字的誤差幅度將非常大。然而根據(jù)截至2017年12月的每艘飛船的飛行速度，計算出“新視野號”將在2113年超過“先驅(qū)者11號”，直到2187年才會超過“先驅(qū)者10號”。

2019年1月1日美國宇航局的新地平線號宇宙飛船飛過柯伊伯帶的終極目標(biāo)圖拉，這是歷史上最遠(yuǎn)的一次行星飛行。圖片：Adrian Mann/All About Space

博科園-科學(xué)科普｜文: Nola Taylor Redd/Space

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