旅行者2号飞出日光层、驶入星际：再见，太阳系

出品：中国科普博览 作者：川陀太空

在12月10日美国地球物理联盟年会举行的新闻发布会上，美国宇航局旅行者探测器团队讨论结果已经确定，旅行者2号已经飞出日光层，正式进入了星际空间。这是人类历史上第二次人造探测器进入星际空间，而所谓的日光层也就是太阳风粒子可以抵达的最远距离，一旦飞出了日光层，那么就基本不受太阳风粒子影响了，探测器将直接面对复杂莫测的星际空间。

根据旅行者2号探测器上的数据，NASA科学家确认探测器穿越日光层的时间是在11月5日，这也是人类第一次对星际空间进行探索。之所以能够这样说，是因为旅行者1号在2012年飞跃日光层的时候缺少了一种仪器，即等离子体科学实验仪器。这个仪器在1980年就已经在旅行者1号上停止使用，但在旅行者2号上仍然可以使用。凭借这个仪器的发挥，我们也第一次对星际空间进行观测。

图1.日光层示意图（图片来源：NASA）

旅行者2号的位置与基本情况

旅行者2号现在距离地球大约110亿英里，即180亿公里。目前NASA仍然可以与旅行者2号保持通信，信号从地球传递到旅行者2号上需要16.5个小时的时间。由此看出，旅行者探测器与我们的距离是非常之远的，太阳光到地球都只有8分钟，但要到旅行者2号上需要十几个小时的时间。

等离子体科学实验仪器可以对太阳风的速度、密度、压力和通量等参数进行探测，旅行者2号在11月5日的数据中发现了这些参数大幅度降低的情况。并且没有探测到旅行者2号周围存在太阳风粒子，因此NASA科学家才有信心认为旅行者2号飞出了日光层。

除了等离子体数据外，旅行者探测器的科学团队还根据宇宙射线探测系统、低能带电粒子仪以及磁力计数据，最终才得出探测器飞出日光层的结论。这就意味着，旅行者2号的部分仪器设备在此时仍然正常工作，这就为我们第一次探索星际空间奠定了基础。

图2.旅行者探测器（图片来源：NASA）

从这个角度看，旅行者2号进入星际空间才算是一个开始，NASA将组织力量研究探测器传回的数据。为此，NASA还加入了一个探测器任务来支持旅行者号的数据分析，计划在2024年发射IMAP星际测绘和加速探测器，结合IBEX美国宇航局星际边界探测器的数据，对日光层边缘的环境进行全面而深入的调查。

需要指出的是，旅行者1号和2号目前只是离开日光层，并不是离开太阳系。不论是狭义还是广义的太阳系范围都比日光层更远，太阳系边界被认为在奥尔特云的外缘，这里距离地球大约1000至10万个天文单位。按照旅行者2号的速度，需要再飞300年才能抵达其内侧边缘。如果要完全飞跃奥尔特云，估计要再飞3万年才行。

图3.两艘旅行者探测器飞行方向（图片来源：NASA）

旅行者2号还能运行多久？

两艘旅行者探测器于1977年发射，对太阳系各大行星进行了初步考察，飞出冥王星轨道之后被重新设定轨道，向太阳系外方向前进。从1977年至今，旅行者探测器已经运行了41年的时间，其原本计划的任务寿命只有5年，而旅行者2号到目前为止状态要比1号更好一些。这得益于旅行者探测器上使用的核电池，放射性同位素热发生器理论上可以工作到2025年之后，输出功率每年消耗4瓦左右，因此随着时间的推移，除非是故障因素导致的停机外，探测器上的仪器也会因为供电问题选择性关闭，其中就包括星载摄像机，已经无法工作。

图4.冥王星轨道之外空间示意图（图片来源：NASA）

作为地球文明的使者，旅行者探测器上也携带了记录地球方方面面的图片、声频等信息，理论上可以保存数十亿年之久。川陀太空认为，旅行者探测器甚至会变成人类文明的罕见遗迹，如果我们的文明无法继续存在下去，（http://www.baike.com/wiki/AIED）那么飞出日光层的旅行者探测器就会变成文明的见证者。毕竟环境问题、核武器、病毒、小行星都有可能摧毁人类。川陀太空认为，与旅行者1号所不同的是，旅行者2号在通过进入星际空间之后科学探索并不会很快结束，探测器上还有可以运行的仪器，可以对星际空间的环境进行探索。

根据目前旅行者探测器的状态，两艘探测器至少可以运行至少5年以上，如果运气好的话也可能达到10年以上，届时旅行者探测器就有将近50年的空间运行历史。由此我们可以认为，根据NASA给出的观点，旅行者探测器最多运行到2030年，保守估计在2023至2025年。探测器上的仪器设备不会无限期运行下去，除了本身寿命限制之外，还有电力供应是否持续的问题。

图5.深空飞行中的旅行者探测器（图片来源：NASA）

深空探测未来的路如何走？

旅行者2号穿越日光层之后就要进入星际空间，脱离了太阳风的气泡保护，因此我们有理由认为旅行者2号将会探测到更多的银河宇宙射线，这些射线其实是一些具有极高能量的原子，以接近光速在宇宙中穿行。高能宇宙射线的来源比较复杂，比如中子星、黑洞事件，超新星爆发等，都会产生高能宇宙射线。从某种意义上看，每个恒星系统所建立的日光层都可以认为是一种保护伞，在复杂的宇宙射线下，日光层对太阳系生命具有一定的保护作用。

目前两艘旅行者探测器都先后飞出日光层，进入星际空间，接下来最有可能飞出日光层的就是新视野号探测器了。目前该探测器距离地球大约64亿公里，正准备探索第一个柯伊伯带天体，对新视野号而言，还有很长的路要走。旅行者2号距离地球达到180亿公里，因此在短期内新视野号不会飞出日光层，其更多的任务是侧重对柯伊伯带天体的考察。

图6.柯伊伯带示意图（图片来源：NASA）

展望未来，至少在接下来5至10年，很难说会有一个新的外太阳系探测项目出现，新视野号本来有一个姊妹探测器，后来被取消了。因此在可预见的未来，也只有这三艘探测器在飞出日光层的同时会保持与地球联系，鉴于飞抵冥王星轨道之外需要10年左右的时间，两艘旅行者探测器更是在1977年就已经升空，在其发射后40年左右才飞出日光层。那么可以认为在本世纪结束时，很可能只有2艘旅行者探测器和新视野号飞出日光层，除非NASA在2030年代启动一个外太阳系探索项目，那么在22世纪到来之前，还有一次飞出日光层的机会，不然就要等到22世纪了。

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