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旅行者一号在太阳系边缘,撞上了一堵50000摄氏度的“火墙”?

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再过三周左右,一艘已经49岁的探测器就要创下新纪录。NASA测算,美国中部时间2026年11月18日0时16分07秒,旅行者1号与地球的距离将达到1光日,约259亿公里,合173.14个天文单位。

到那时,地面发出的指令要整整一天才能追上它,等它回话又得再等一天。从地球飞到这里,它用了49年2个月零11天。

最近关于它的说法里,最吸引眼球的一条是:旅行者1号在太阳系边缘撞上了一堵约5万摄氏度的“火墙”。太空不是越远越冷吗?

这个说法确实有科学依据,不过“火墙”这两个字要拆开来看。旅行者1号和2号都在1977年发射,最初的任务只是探测外行星。



它们最有分量的贡献却出现在几十年之后,地点远在海王星轨道之外。太阳不停地向外吹出带电粒子流,也就是太阳风。

太阳风遇到恒星之间的星际介质后逐渐减速,在太阳系周围撑起一个巨大的气泡,叫日球层。这个气泡的外边界就是日球层顶。

2012年8月,飞了将近35年的旅行者1号抵达这条边界,离太阳约120个天文单位。仪器记录到,来自太阳的粒子骤然减少,来自太阳系外的高能宇宙射线急剧增加,这说明它已经进入星际空间。

2018年,旅行者2号从另一个方向穿过日球层顶,观测到同样的变化,给出了第二组独立数据。这两次穿越的价值,不只在于飞过去了,更在于让人看清了边界本身的模样。

科学家原本以为这里是一片宽阔而混乱的过渡带,太阳粒子和星际粒子在其中慢慢混合。实际测到的却是一个相当窄的区域,环境变化又快又明确:一侧的等离子体由太阳主导,另一侧则受银河系的磁场和粒子支配。



“火墙”就在这一带。旅行者号发现,太阳粒子减速时被压缩、加热,在日球层顶附近形成一层高温等离子体,温度和粒子密度都远高于模型预测。

这里的等离子体温度约为3万到5万开尔文,最高接近5万摄氏度,差不多是太阳表面温度的九倍。这么高的温度,探测器怎么没被烧掉?

原因在于温度和热量是两回事。在地球上觉得烫,是因为大量分子不停撞击皮肤、传递能量。

日球层顶附近的物质却稀薄得惊人,每立方厘米里可能只有零星几个粒子。单个粒子跑得飞快,温度很高,但数量太少,真正撞到探测器上的寥寥无几,带来的热量微乎其微。

旅行者号在“火墙”里不但没有被烤热,还得靠自带的加热器给仪器保暖,防止冻坏。与其说是一堵火墙,不如说是一层看不见的薄纱。



这层“薄纱”是太阳系防护屏障的一部分。银河宇宙射线来自遥远的超新星爆发等高能事件,以接近光速的速度在星际空间穿行,日球层能让其中许多粒子偏转,减少到达内行星的辐射。

旅行者号越过边界时,宇宙射线迅速增多,太阳粒子几乎消失。可见这条边界就像一个过滤器,隔开了两种截然不同的辐射环境。

磁场方面的发现更出人意料。此前的模型认为,太阳磁场和银河系磁场会以不同角度相遇,产生湍流和扭曲的磁力线。

旅行者号测到的却是:边界两侧的磁场方向比预想的接近得多。穿越前夕,旅行者1号还经过一段被称为“磁场高速公路”的区域,太阳磁力线在那里与星际磁力线连在一起,太阳系内的粒子顺着它向外逃逸,外来的高能粒子顺着它向内涌入。



磁场到底怎样连接、重组,至今没有完全弄清楚。等离子体波仪器还显示,星际介质比原先估计的更稠密,银河系对日球层的挤压也更强。

这能解释为什么太阳的保护气泡在一些方向被压扁、在另一些方向被拉长。日球层并不是规整的圆球,而是太阳风与银河环境相互角力形成的结果,形状随时间变化。

几十年的推测,终于有了真实数据来检验。这些知识不只是为了满足好奇心。

离开地球磁场保护后,高能宇宙辐射是宇航员面临的主要危险之一。去月球、去火星,再往更远的深空飞,都得算准辐射剂量。



旅行者号的数据让科学家了解日球层如何削弱和改变这类辐射,任务规划所用的模型也因此更可靠。把时间拉长来看,这还关系到地球的过去和未来。

太阳带着日球层绕银河系中心运行,千百万年来穿过了密度和磁活动各不相同的区域。研究认为,太阳系目前位于一个直径约1000光年的低密度空腔里,称为“本地泡”。

它是大约1400万年前一连串超新星爆发把星际物质吹散后形成的,太阳在几百万年前进入其中。如果将来太阳闯进更稠密的星际云,日球层可能会收缩,到达内行星的宇宙辐射也会增加。

旅行者号的数据第一次为研究这种情形提供了直接依据。不过,穿过日球层顶并不等于真正离开了太阳系。

从引力的角度看,太阳的范围还要大得多,最外围是奥尔特云。如果按最保守的估计,奥尔特云从距太阳约1000个天文单位处开始,旅行者1号大约300年后才能抵达内缘,穿越整个奥尔特云还需要3万年。



大约4万年后,它会从恒星Gliese 445附近经过。这个时间比人类有文字记载的历史还长得多。

它的电力却撑不了那么久。NASA估计,随着钚衰变、热电转换器老化,每艘旅行者号每年会损失约4瓦可用电力。

2026年4月17日,旅行者1号的低能带电粒子仪器被关闭,现在只剩等离子体波仪器和磁强计还在工作。7月9日,团队在旅行者2号上完成了代号“大爆炸”的设备切换,腾出近10瓦电力,让它剩下的三台科学仪器至少再多工作一年。

同样的办法还会用在旅行者1号上,如果成功,被关掉的低能带电粒子仪器还有望重新开机。曾有人预测它会在2025年彻底失联,可它又撑过了一年。

这两台仪器设计于近半个世纪前,揭示的东西已经这么多。将来换上现代传感器的探测器,一定能看得更清楚。



中国也在朝这个方向努力。按规划,中国计划在2049年实现距地球100个天文单位、约150亿公里的深空探测,重点研究太阳风日球层的动力学演化,以及它与星际介质相互作用的机制。

眼下,天问二号已于2026年7月初抵达小行星2016HO3,正在伴飞探测,为采样返回做准备。从小行星到太阳系边际,路还很长,方向已经很明确。

旅行者号上还带着一张镀金唱片,里面录有多种语言的问候、地球上的各种声音和巴赫的音乐。等它彻底沉默,这张唱片会陪着它在银河系里漂很久很久。

回头再看那堵“5万摄氏度的火墙”,它其实并不可怕。太阳系真正的边缘不是哪颗遥远的行星,而是一道磁性边界,边界之外是由银河系塑造的星际环境,复杂而活跃。



地球就待在这个不断颤动的气泡里,大部分来自银河深处的高能粒子都被挡在外面。人类第一次直接测量恒星之间的空间,靠的是一艘半个世纪前造出来的小探测器。11月18日,它离家就整整一光日了。

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