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空少问答
小课堂
第101期
12
月
24
日
周
一
答：旅行者2号刚刚飞出的“日球层”是什么，是太阳系边界吗？
上周六，空少为大家留了1个问题，来看看空少的解答以及从留言中选出的最佳答案吧！
想要查看原问题背景介绍的朋友们可以点击《问：旅行者2号刚刚飞出的“日球层”是什么，是太阳系边界吗？》~下面就让我们来看看空少的解答吧！
空少正解
上期我们讲到，根据美国国家航天航空局（NASA）消息，旅行者2号探测器（Voyager 2）也已经步1号探测器的后尘，经过了日球层顶（Heliospause）、离开了日球层（Heliosphere）的范围，进入了星际空间（Interstellar Space）。据悉旅行者2号探测器距离地球的距离已经超过了180亿公里（110亿英里），这大大超过了冥王星距离太阳最远时的距离（约74亿公里）。
等离子体科学仪器（PLS）探测到电流下降是判断旅行者2号探测器飞出日球层的依据之一（来源：NASA，https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-voyager-2-probe-enters-interstellar-space）
那么，什么是日球层，它的边界（日球层顶）是不是太阳系的边缘呢？
要讲日球层，首先要说太阳风（solar wind）。所谓太阳风，是从太阳大气放出的等离子体带电粒子流，主要成分是质子和电子，73%的是氢（氢离子就是质子），25%的是氦（氦原子核就是阿尔法粒子），还有其他少量杂质。我们今天要讲的日球层就是太阳风充斥和支配的区域。根据计算，太阳风离开太阳后还会加速到超声速，平均可达每秒300-700公里——这里的“声速”指的是等离子体声速，也就是扰动在等离子体中传播的速度。太阳风远离太阳后，在与星际物质的碰撞中达到平衡，减速至亚声速直至停止。在这边界附近被认为可能存在着名为终端激波（Termination Shock）、日鞘（Heliosheath）、日球层顶（Heliopause）和弓形激波（Bow shock）等结构，边界以内就是太阳风所控制的日球层，边界以外就是旅行者号两个飞行器所进入的星际空间。
有一个直观而有趣的比喻：日球层就好像太阳风吹进星际空间物质中的气泡，虽然来自星际空间的物质可也以渗入这个气泡，但实际上在日球层内的物质主要是来自太阳。日球层“Heliosphere”这个词被认为最早是由Alexander J. Dessler在他的著作中使用的。
而简单来说，其他几个结构：
终端激波：太阳风接近边界时开始减速，由于其与声速的关系，在其速度由超声速下降到亚声速处出现的激波；
日鞘：日球层外围越过终端激波后减速的那部分，太阳风物质压缩；
日球层顶：太阳风物质和星际物质的边界，它们的压力是平衡的；
弓形激波：由于日球层的存在，在星际物质中形成的激波面。
那么我们再回到本文另一个问题：旅行者1号和2号探测器都已经飞出了日球层，那么它们是离开了太阳系吗？日球层顶是太阳系边界吗？
我们上文说了，日球层是太阳风支配的区域，日球层顶是太阳风的边界。存在这样的边界是因为太阳风的压力与外界物质的压力平衡了。而所谓太阳系，是以太阳为中心，以及其他所有受到太阳的引力约束天体的集合体。即使身处太阳风外，只要天体还是受太阳引力控制、围绕太阳做旋转，那它就还在太阳系内。
天文上经常用“天文单位”（缩写为AU）作为距离单位，一个天文单位就是地球到太阳的距离（约1.5亿公里）。上文说到的冥王星，它的轨道距离太阳是30-49 AU；旅行者号探测器所飞过的日球层边界，大概在120 AU附近；而在太阳系的外围，有被称为“奥尔特云”（Oort Cloud）的天体群围绕太阳旋转，其范围甚至可以从上千AU到10万AU，根据估算，旅行者号可能还要继续飞行300年才接近奥尔特云内侧的边缘，然后再飞3万年来穿越它。所以，日球层顶远远不是太阳系的边界。
留言区·精选
@ Alberty
当然不是，日球层只是太阳磁场和太阳风所控制或者占主导的区域，就像地球磁层是地球磁场所控制或者占主导的区域，日球层外还可能有遥远的太阳系成员在围绕太阳运转，就像地球的卫星月球，每一次绕地公转都要超出地球磁层之外，但这并不意味着这个天然卫星脱离了地月系统。因此，有空间物理常识的人，都不会把日球层顶错误地当作太阳系边界。
@ 周登峰
日球层是太阳和太阳风影响的区域。日球层以外的区域叫做局地星际介质。由于日球层内外压力不同，日球层存在类似于磁层的结构：日球层顶把太阳风等离子体与星际起源的等离子体分开，大约位于50~150AU；日球层顶之外可能有弓激波存在；日球层顶内还有一个太阳风终端激波。
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