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旅行者2号来到182.7亿公里外,送回的数据让人失望,有害射线大增

2021-08-09

前言

在公众的普遍印象中,人类似乎一直在努力探索宇宙空间,从上世纪开始,就不停地往天空发射火箭,今时今日将人送到太空中也只是一件稀疏平常的事情。目前看来太空探索发展得很顺利,有些人可能会产生一种错觉,认为太空探索好像不怎么难,相信我们未来必将征服宇宙。

但现实是,人们越探索深空,越是被深空的无垠所震撼,在这用光年也无法丈量的空间中,我们实在是太渺小了,就连太阳系在宇宙中也渺小得像一粒微尘

目前我们主要探索的目标还只是太阳系这粒微尘中的月球和火星,整个地球真正离开太阳系这粒宇宙微尘的,就只有旅行者一号和旅行者二号这两个无人航天器。

而它们离开太阳系所用的时间是——42年,仅看时间跨度就足以证明太空探索的前景不容乐观。而且两个航天器都带有一些数据探测的仪器,它们将收集到的数据传输回地球让科学家们更好地掌握星际间的情况。

但是离开太阳系的范围后,传输回来的数据让人大跌眼镜,太阳系外的环境比我们想象中的更为恶劣。

旅行者2号的旅程

如果只是说起旅行者2号这个名字,想必很多人根本对其没有多少印象,因为这个航天器实际上是上个世纪发射到太空中的。1977年8月20号旅行者2号发射升空,16天后,它的孪生兄弟旅行者1号也跟着离开了地球。

两艘旅行者航天器的主要任务就是要近距离看看太阳系各个星球,在这个过程中加速到第三宇宙速度,最后脱离太阳重力的束缚前往星际空间的。

虽然旅行者2号先出发了16天,但由于旅行者1号设定的速度更快一些,于是1号于2012年8月25日就已经成功到达太阳系边缘,脱离太阳的束缚,成为第一个到达星际空间还没失去联系的飞行器。

但由于旅行者1号设定的飞行速度太快,甚至达到17.062公里每秒,导致到达太阳系边界时,航天器挂载的大多数仪器都出现了问题,许多相关数据根本无法探测。

旅行者一号还保持运作的仪器基本上只剩下探测宇宙射线、电子能量分布和磁场这三方面的功能。

而一开始将航天器分为一号和二号的主要原因是让两台航天器从不同的方向脱离太阳系,获取太阳系外两处位置的数据,这样能更好地进行比对,能让科学家们更加清晰地掌握太阳系的实际状况。

在六年后,2018年12月10日,速度慢许多的、只有15.56公里每秒的旅行者二号终于穿越太阳重力和太阳风的束缚,进入星际空间。

在离开太阳系之前,旅行者2号成功路过木星、土星、天王星、海王星,并且近距离收集了这些行星的各种数据,还顺便研究了行星的卫星,甚至给他们都拍了照。这些数据与图片为科学家们对太阳系的研究提供了很大的帮助。

言归正传,从另外一个位置突破太阳系束缚的旅行者2号因为其速度比较慢,身上能用的仪器更多,但旅行者2号虽然收集到了数据,却无法将数据传回地球。

因为地球原本用来给旅行者联系的三台大型太空通信设施有两台都位于北半球,而旅行者2号却位于南半球的正前方,因此只能依靠位于澳大利亚的堪培拉太空通信设施进行联系和控制。

但是由于澳大利亚那台设施不够先进,无法接收到远在太阳系外的信号,最终用时8个月才终于将其升级。

由于此时旅行者2号已经距离地球有165个天文单位了,换算成公里的话就是246亿公里,即便是光速的通信电磁波也依然需要十六个小时才能送达,一来一回间就需要三十多小时。最终在2020年10月30号,地球再次接受到旅行者2号的回应信号,和那在星际空间中检测到的数据。

但这久等的数据却让科学家们大失所望。

旅行者2号检测到有害射线

星际空间外的情况究竟怎样?2019年10月,美国宇航局科学家根据飞船保留下来几个有效载荷记录读数,计算出旅行者2号已经离地球约182.7亿公里远,与太阳的距离在182.58亿公里左右,在此处,源自太阳日光层的带电粒子下降至2.2,来自星际空间的粒子激增至2.4。

数据表明,在星际空间外的宇宙射线远超太阳系内的水平,这意味着在人类如果想突破星际空间离开太阳系,首先需要面对的就是这严重超标的宇宙射线,巨大的阻碍令人感到失望。

如果仅看名字,我们肯定会想当然地将宇宙射线当成是辐射的一种。但辐射只是一种性质与光线、电磁波等存在一模一样没有任何质量的能量体。

科学家们之所以将其命名为宇宙射线,正是一开始将其误认为电磁波的一种,但随着研究才渐渐明白,宇宙射线其实是在太空环境中被加速到无限接近光速的带电高能亚原子粒子。

这些粒子是有质量的,也是致命的。在地球上,曾经有一位科学家布格斯基因为意外将头伸进了大型强子对撞机中,被人造的高速粒子穿透头部,他的半边头部瞬间肿胀起来,并且导致受撞击的半边脸部完全瘫痪。万幸的是布格斯基并没有因为此次事故出现生命危险,如今仍然健在。

仅一颗高速粒子就造成如此严重的后果,而太阳系外面的宇宙射线十分密集,这些宇宙射线有89%单纯的质子、10%氦原子核、1%重元素。这些被加速到接近光速的微小粒子将会对每一个出现在太阳系外的生物进行无差别打击。

其实宇宙中的物质都可以在这些宇宙射线不断的撞击产生的,比如高速运动的质子撞击到宇宙中随处可见碳元素的原子核,被撞散的原子将会重新形成元素序列更低的元素,比如锂、铍、硼都有可能在碳元素被撞击后产生。

细心的朋友不难发现,这种宇宙射线对物质的撞击十分像原子弹中的核裂变,实际上也的确如此,可以说物质出现在星际空间中,时刻都要面临着这种小型核裂变的冲击。

而组成生命的主要元素,其实也是以碳元素为主,大家仔细想想,如果身体中的碳元素都变成了锂铍硼,那身体还能继续运转吗?显然是不能。

即便是穿上宇航服,以现在的技术也根本防御不住这种无限接近光速的粒子,因此科学家们才感到十分失望,这些数据证明了我们人类现阶段不可能跨出太阳系之外

为何在地球上不用担心宇宙射线

这时就有人要问了,严格来说我们人类也属于宇宙中的一部分,为何太阳系外的宇宙射线不会影响到我们现在的生活呢?

其实根本的原因在于我们生活在层层保护中。首先大家也知道,在月球和太空站中都有人类的足迹,宇航员们在太空中并不需要太担心宇宙射线的问题。这都是因为第一层保护的存在——太阳风

太阳是一个时刻散发出光和热的恒星,它的热量主要来自于大量氢元素在核聚变中产生的,在散发光热的过程中,无数的等离子体像宇宙空间散发,这些等离子体来到我们的身上时就变成了暖洋洋的阳光,从宇宙上看就像是太阳向整个太阳系吹风。

宇宙射线中的高速粒子在接近太阳系时,就会很大概率撞上太阳风中的等离子体然后消散,只有极少数的宇宙射线能避开太阳风,进入到太阳系中,总之越接近太阳系中心,宇宙射线就越少。

即便如此,在近地轨道执行任务的宇航员们仍要面对76倍的辐射,这些辐射全都是由漏网的宇宙射线造成的,还好仅仅76倍的辐射,现在的宇航服还是可以防御住的。

而生活在地球表面的我们,除了有太阳风的保护,还有强大的大气层保护,宇宙射线进入太阳系靠近地球后直接被密集的大气原子给拦了下来,在撞击大气原子时还会生成亚原子粒子。

科学家们也会通过这种现象研究微小粒子的构成与性质,比如宇宙射线撞击大气时时常会产生μ子,这种亚原子粒子其实就是狭义相对论中预言到的一种粒子。

未来的星际航行将如何应对

科学家们至今仍旧无法确认这些密集的宇宙射线是如何产生的,有研究认为,宇宙射线其实是黑洞、中子星、脉冲星等高能天体的运动中产生的,但并没有实际的证据证明。

无论宇宙射线是如何产生的,它在太阳系外密集存在是不争的事实,甚至在接近太阳系边缘时宇宙射线的危害就不容忽视了,这让人感觉我们只能生活在太阳系这个保护层中,出了太阳系就只有滚烫的岩浆。

目前人类无法制造出任何长期有效抵御宇宙射线的物质和装备,因此我们对太阳系的探索可以说是将要止步于此,但总有一些不甘心的科学家,提出了一些可能可以抵御宇宙射线的方法:

  • 能量散发器

既然太阳风可以抵御宇宙射线,那么我们就可以沿着这个思路进行研究,只要有一个可以向外散发密集能量的设备,应该能成功抵御大部分宇宙射线的冲击。

但是这个方案的缺陷在于,能抵御宇宙射线的能量,本身是一种十分危险的辐射,这同样对宇航员的生命安全有威胁。

  • 虫洞穿越

像著名的电影《星际穿越》一般,人类的主要星际穿越方式是通过虫洞穿越来进行的。既然可以直接穿越到达目的星球,又何必冒着危险穿越可怕的星际空间呢?

但遗憾的是,现阶段也是没有任何支持虫洞穿越可行性的理论,现在看来这个方案也只是异想天开而已。

结语

其实以我们目前的科技水平,仅仅是去往太阳系边界就需要飞行几十年,这对任何一个人类来说都是一场无法接受的持久旅程。

当我们要考虑太阳系以外的空间时,我们首先要能做到有能力在较短时间内到达那里,否则一位年轻的宇航员去到太阳系边界时都已经变成一位老者,这样的旅行将没有意义。

而当我们有能力将人送往那么遥远的地方时,那说明我们的技术水平将远超现在,现在困扰着我们的宇宙射线也将不再是无法解决的难题。

目前我们主要的研究方向还是如何在月球和火星上建立基地并从中获取资源,距离太阳系外的星际空间还十分遥远,也许未来将会发明出我们现在无法想象的科技,也许并不需要为未来的人们太过担心。

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