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“先驱者11”号有望第三个进入星际空间

作者: 刘霞 来源:科技日报
2019-02-01 09:13 

“先驱者11”号有望第三个进入星际空间

太阳的日光层保护地球免受宇宙辐射。其形状不断变化,使科学家很难预测航天器何时越过这一边界进入星际空间。图片来源:美国太空网

2018年12月,美国国家航空航天局(NASA)的“旅行者2”号(Voyager 2)航天器追随其姊妹“旅行者1”号的步伐,挺进星际空间,实现了这一历史性的壮举。

据美国太空网1月30日报道,目前业已发射的航天器中,只有5艘能迈出如此大的步伐,有实力进入星际空间。除了大名鼎鼎的“旅行者”号姊妹花外,其他3艘分别为“先驱者10”号(Pioneers 10)、“先驱者11”号(Pioneers 11)以及“新视野”号(New Horizons)。那么,哪艘航天器会率先进入星际空间呢?

根据这3艘航天器目前的行进速度、与地球和太阳的距离,如果日光层的变化保持稳定,“先驱者11”号将在2027年穿过日球层顶(日光层像气泡,日球层顶是日光层的边缘),进入星际空间。

太阳系的边界在哪

到达星际空间是一个里程碑,从某种程度上讲,可以被认为离开了太阳系。1990年2月23日,于1973年发射的“先驱者11”号成为第四艘飞越海王星轨道的航天器(1972年发射的“先驱者10”号于1983年做到这一点),当时《纽约时报》称,“先驱者”号航天器飞越海王星轨道,意味着它们离开了太阳系。

然而,参与“旅行者2”号任务的科学家可不这么看。相反,最近的测量结果认为,穿过太阳的日球层顶(太阳风层顶)——日光层的理论边界,是进入星际空间的决定性标志。日光层是由太阳产生的带电粒子组成的“气泡”,科学家用它来标记星际空间的起点。

但日光层非常复杂,其会随着太阳22年的周期变化,随着太阳风而不断变小和变大,并向太阳行进方向的后方伸展。所以,从地球上很难对日光层进行测量。目前,NASA的“星际边界探测器”(IBEX)任务正在努力确定这一“气泡”的边界在何处。

当“旅行者1”号和“旅行者2”号穿过日球层顶时,它们上面搭载的粒子仪器仍正常运行,观测数据表明,它们已经穿越了这一气泡区域。但还有研究人员认为,太阳除了被日光层包围之外,也被奥尔特云(Oort Cloud)所包围,奥尔特星云是一片由冰冻天体组成的区域,据估计,其范围从1000AU(天文单位,等于地球和太阳之间的距离,约1.5亿公里)到10万AU不等,远远超出日球层顶。因此,“旅行者”号航天器不算是完全飞出了太阳系。

“先驱者11”号或捷足先登

除了“旅行者”号外,未来哪艘航天器会捷足先登,进入星际空间呢?

由于日光层不断变化,所以科学家也很难说出“先驱者10”号、“先驱者11”号何时会进入星际空间,只能根据现有数据进行推断。

据NASA的《超越地球:深空探测编年史》书中记载,截至2017年11月5日,“先驱者10”号距离地球约118.824AU,是除“旅行者1”号以外距离地球最远的航天器。然而“先驱者11”号和“旅行者”号正朝着太阳行进的方向前进,“先驱者10”号正朝着太阳的尾侧方向前进。2017年的研究指出,日光层的尾部距离太阳约220AU。由于“先驱者11”号每年的行程约为2.5AU,因此,“先驱者10”号可能要到约2057年才能到达这个不断变化的太阳系边界。

该书还指出,截至2017年11月5日,“先驱者11”号距离地球约97.6AU。与它的双胞胎“先驱者10”号不同,这一航天器的行进方向与“旅行者”号大致相同。“旅行者2”号在距离地球约120AU时进入星际介质。由于“先驱者11”号以每年2.3AU的速度飞行,假设太阳系的边界不改变的话,它应该会在2027年左右进入星际空间。但其实,太阳系边界可能会改变。

至于2006年发射的“新视野”号的情况,它于2019年1月1日飞掠太阳系内的遥远天体“天涯海角”,而且其发射时间远远晚于其他4艘航天器。在飞掠期间,“新视野”号距离太阳43AU。该任务首席调查员艾伦·斯特恩说,该航天器每年行进约3.1AU。再过20年,它很有可能进入星际空间。因此,如果它与“旅行者2”号穿越相同的边界,将在2043年进入星际空间。

综上所述,如果日光层的变化保持稳定(这不太可能),“先驱者11”号将在2027年穿过日球层顶;“新视野”号紧随其后,于2043年完成穿越;而最先发射的“先驱者10”号将在2057年离开日光层。

“新视野”号可能电力不足

斯特恩说,如果“新视野”号能进入星际空间,并在那时仍正常运行(这是有可能的),它将为我们提供有关星际空间的详细信息。“新视野”号所携带的粒子探测器比“旅行者”号上搭载的粒子探测器强大得多。此外,“新视野”号还携带了一个灰尘探测器,可以提供对日光层以外区域的观察。“将尘埃探测器放入星际介质将是非常宝贵的经验。”

不过,斯特恩也指出,电力是“新视野”号要面临的一个大问题。“新视野”号的燃料是不断衰变的二氧化钚,这艘航天器的电力可供其工作到本世纪30年代末,目前其运行状况良好。(记者 刘霞)

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