2012年,旅行者1號進入星際空間。在之后的很長一段時間里,旅行者1號都是人類唯一一顆進入星際空間的探測器,而這一切在2018年發生了變化。
在2018年12月初的美國地球物理聯合大會(AGU)上,旅行者號團隊公布了旅行者2號的重要進展:
通過旅行者2號攜帶的等離子體譜儀(PLS)、宇宙射線探測系統(CRS)等科學儀器,旅行者號團隊確認旅行者2號于2018年11月5日也穿過了太陽風的邊界,也就是下圖里淺藍色的紡錘狀范圍的邊界——
這是熱而稀薄的太陽風和冷而致密的星際介質交鋒下形成的邊界,可以看作太陽風吹出的一個“泡泡”,飛出了這個泡泡之后,旅行者2號就進入了一個叫做“星際空間”的新天地:探測器周圍就不再有來自太陽的粒子,轉而都是來自宇宙的粒子了。
這個邊界叫作日球層頂(heliopause)。而穿過了日球層頂的旅行者2號成為繼旅行者1號之后第二個進入星際空間的探測器[1]。
旅行者1號和2號目前的位置示意圖。來源:NASA/JPL-Caltech [1]
旅行者1號和2號都攜帶了專門用來探測太陽風的等離子體速度、密度、溫度、壓強等性質的儀器——等離子體譜儀(PLS),當探測器穿過太陽風邊界之后,這個儀器應當能探測到周圍環境中的等離子體密度劇烈減少了——11月5日之后,旅行者2號的等離子科學實驗儀確實觀測到了這個驟減,而在此之后,就不再觀測到來自太陽的粒子了。
(右)旅行者2號攜帶的等離子體譜儀(PLS);(左)PLS三個方向測量到的電流驟減,這是證明旅行者2號進入星際空間的決定性證據。來源:NASA/JPL-Caltech/MIT[1]
除了等離子體譜儀,旅行者2號還從其他三個儀器:宇宙射線探測系統(CRS)、低能帶電粒子儀(LECP)和磁力計(MAG)的觀測中確認了這一結果。
旅行者2號的宇宙射線探測系統(CRS)探測到的旅行者2號周圍在11月5日之后撞擊儀器的輻射探測裝置的來自太陽的粒子率驟減,而來自宇宙射線的粒子率驟增。來源:NASA/JPL-Caltech/GSFC
雖然旅行者2號并不是人類第一個進入星際空間的探測器,但這一歷史性時刻依然意義非凡。
不同于只飛掠了木星和土星的旅行者1號,旅行者2號是人類迄今為止唯一一顆一次性飛掠過四顆外太陽系行星系統(木星、土星、天王星、海王星)的探測器。
為了完成這一超凡的挑戰,科學家們充分利用了大天體的引力助推和175年一遇的大天體特殊排列,很難想象這一創舉是四十多年前完成的——這是人類窮盡當時的技術、智慧和機遇的一次里程碑式的成功,直到今天都尚未被超越。
另一方面,為了能多看兩顆外太陽系大天體,旅行者2號選擇了和旅行者1號不同的軌道策略,于是也就在幾個大行星之間多花了不少時間,這也是為什么先發射的旅行者2號卻遠遠落后于旅行者1號——至今已落后了25個天文單位(1個天文單位約為1個日地平均距離)。
只飛掠了木星和土星的旅行者1號和飛掠了木星、土星、天王星、海王星的旅行者2號。來源:維基
旅行者2號也讓人類得以首次直接觀察到探測器穿過太陽風邊界進入星際空間之后的環境。旅行者1號的等離子體譜儀早在1980年飛掠土星的時候,也就是穿過太陽風邊界很久之前就已經壞掉了,是旅行者2號首次直接觀測到了預期的變化。
事實上,旅行者號團隊也非常期待旅行者2號尚能工作的四臺儀器接下來能為我們提供更多關于星際空間的情報——畢竟我們對日球層頂之外的世界還知之甚少。
截止到2019年2月28日,2艘旅行者號現在分別位于距離太陽145和121個天文單位處[3]。
120個天文單位有多遠?已經遠遠超過了八大行星距離太陽的距離,也遠遠超過了冥王星所在的柯伊伯帶(30-50個天文單位)的距離——現在位置上的旅行者2號的信號以光速傳播也需要16.5個小時才能抵達地球——而太陽的光傳到地球只需要8分鐘。
但120個天文單位對廣袤的太陽系來說還只是一小步而已。目前我們認為的太陽系的邊界,是太陽的引力邊界,這是一個遠遠大于太陽風邊界的范圍。
最起碼,飛出太陽系之前還要經過一個被稱為奧爾特云的小天體聚集區,一個距離太陽5千-10萬個天文單位的球狀區域——兩艘旅行者號想要飛入這個區域都還需要約300年,飛出這個區域…可能還需要3萬年。
奧爾特云(Oort cloud)的位置。來源:NASA
等等,既然旅行者1號和2號都已經飛到一百多個天文單位了,怎么沒有探訪位于30-50個天文單位柯伊伯帶天體呢?!為什么還要等到新視野號來完成呢?新視野號的PI(項目負責人)Alan Stern表示,這是他最經常被公眾問到的問題之一。這是一個非常有意思的問題,我們留到下次再八
旅行者1號和2號是孿生機,它們攜帶了完全一樣的科學儀器。它們攜帶的10臺科學儀器分別是: