文·科技日報記者 陳萌

美國新墨西哥州立大學和馬里蘭大學的研究人員近日在《地球物理研究通訊》網(wǎng)絡(luò)版發(fā)表論文說，去年8月25日，旅行者1號探測器接收到的宇宙射線發(fā)生劇烈變化，通常存在于太陽系外層的相關(guān)種類射線大幅下跌，同時來自太陽系外部的宇宙射線則大大增加，這說明旅行者1號探測器已經(jīng)脫離太陽系。但隨后美國航空航天局（NASA）官方撰文稱這一說法不準確。但不管怎樣這些爭論都表明人類正迎來人造物體飛出太陽系的歷史性時刻。

太陽系邊界無具體位置

旅行者1號飛離只差磁場變向

關(guān)于走出某個地區(qū)的邊界，我們在日常生活中也經(jīng)常會經(jīng)歷。比如平時開車出了北京市進入河北省往往會看到一個醒目的大牌子上寫著：“河北人民歡迎你”。而旅行者1號飛出了太陽系，當然不會看到一個牌子上寫著：“太陽系外人民歡迎你”了。那么如何判斷旅行者1號是否飛出太陽系了呢？

航天專家、《國際太空》雜志執(zhí)行主編龐之浩解釋說，目前根據(jù)人類科學能夠達到的程度，科學家普遍認為判斷空間探測器是否飛出太陽系要滿足3個條件：一是接收到的太陽系外宇宙射線數(shù)量急劇增加，而源自太陽的高能粒子數(shù)量明顯下降；二是太陽風大幅減速，并且能探測到星際風的行蹤；三是探測到磁場方向發(fā)生變化。“目前，旅行者1號所處空間環(huán)境已經(jīng)滿足前兩個條件，它所接收的宇宙射線比以往增加了2倍，所接收的太陽輻射的高能粒子卻只有以前的1%，但探測器的磁力計還未發(fā)現(xiàn)磁場方向的偏轉(zhuǎn)?！饼嬛普f，“美國航空航天局之所以認為旅行者1號還沒有飛出太陽系就是因為這個條件還沒有滿足。但是旅行者1號確實已經(jīng)到達太陽系的邊緣了。”

就像我們兩個國家的國界上有界碑一樣，越過界碑就算出了國。太陽系的邊界為什么不能用具體的位置點來確定呢？

龐之浩說，太陽系的邊界一直存在爭議。人類歷史上，對于太陽系邊界的認識在不斷更新和改變，最早人們認為越過冥王星就出了太陽系，后來認為探測出“激波”就表明出了太陽系。但現(xiàn)在天文學家認為太陽系不存在一刀切的界面，其界面是延伸和不規(guī)則的，原因是太陽粒子和太陽系外的宇宙粒子是互相影響的，決定其在太陽系之內(nèi)還是太陽系之外，主要看占主導(dǎo)地位的粒子源自哪里。所以只能用以上的3個指標來衡量而不能用具點來衡量。

現(xiàn)在旅行者1號已經(jīng)達到了距離太陽約182億公里的位置，雖然不能稱之為“進入了星際空間”，但美國航空航天局認為，旅行者1號已經(jīng)抵達穿越的最后一片全新的區(qū)域。

這片全新區(qū)域被科學家比作“磁力高速公路”。太陽的磁力線與星際磁場的磁力線是連接在一起的。太陽系內(nèi)部的低能帶電粒子能夠向外擴散，來自外部的高能粒子在此趁勢而入。所以，帶電粒子是急速地四處亂竄的，讓旅行者1號仿佛踏上了一條“磁力高速公路”。

“盡管旅行者1號仍在太陽系的勢力范圍之內(nèi)，但我們現(xiàn)在已經(jīng)可以品嘗一下太陽系外是什么味道了，因為帶電粒子正沿著磁力高速公路快速進進出出?！甭眯姓咛栱椖靠茖W家如是說。

飛出太陽系意義很重大

攜帶“地球之音”尋找系外文明

盡管旅行者1號仍在太陽系內(nèi)，“但它還是很有希望飛出太陽系的”。龐之浩說，目前旅行者1號使用的電源可以讓它工作到2025年，而且受惠于幾次的引力加速，使得旅行者1號的飛行速度比其他任何人造太空飛行器都要快，達到了約每秒17公里，這個速度甚至超過了目前正飛往冥王星的新地平線號冥王星探測器的速度，已經(jīng)達到第三宇宙速度，所以它很有希望飛出太陽系，而且可能會成為第一個飛出太陽系的人造探測器。

旅行者號項目科學家愛德華·斯通認為，如果旅行者1號最終進入星際空間將是個重大的里程碑，標志著星際探索新時代的到來。龐之浩說，旅行者1號飛出太陽系，首先體現(xiàn)了人類探索宇宙的能力，因為這意味著航天器本身的技術(shù)已達到很高的水平，測控系統(tǒng)也達到了很高的水平，這些技術(shù)對于未來宇宙探索具有重要的借鑒意義。

其次，旅行者1號還帶著將地球人的信息傳遞給外星人的任務(wù)。美國在1972年、1973年先后發(fā)射的先驅(qū)者10號、11號探測器，就攜帶了標志地球與人類符號的鍍金鋁板。和“先驅(qū)者”不同，1977年發(fā)射的旅行者1號及其兄弟旅行者2號攜帶的不再是簡單的“地球名片”，而是一張名為“地球之音”的12英寸厚鍍金銅制光盤，這張壽命可達10億年的光盤上錄制了55種語言的問候語，包括古代美索不達米亞阿卡得語等非常冷僻的語言，以及中國的方言（粵語、閩南語和客家語），還有地球自然界的各種聲音、27首樂曲以及包括中國長城在內(nèi)的115幅照片。人們期望，有朝一日，它們會被宇宙中的外星智慧生命截獲。那時，外星人就有可能通過這些了解到地球人的存在。

此外，旅行者1號飛出太陽系后的主要任務(wù)則是測量宇宙光束粒子。

雖然肩負重任，但龐之浩指出，目前擺在旅行者1號面前的有兩個問題，一個是電源的問題，旅行者1號一共帶了10個有效載荷，為節(jié)約電力，它探測完土星及其衛(wèi)星后就關(guān)閉了相機，2020年還將關(guān)閉更多機載設(shè)備，只留下少數(shù)科學儀器繼續(xù)工作，直到電池耗盡。當2025年核電池耗盡后，旅行者1號將繼續(xù)向著銀河系的中心前進，只是不會再傳送數(shù)據(jù)給地球。

第二個是信號的接收問題。因為信號的強度與距離的平方呈反比，距離越遠信號越弱?！奥眯姓?號可以飛得無限遠，但接收不到信號一切都沒有意義?！饼嬛普f，“旅行者1號已經(jīng)在太空中飛行了36年，目前它發(fā)回的數(shù)據(jù)要用超過16個小時的時間才能傳回地球，預(yù)計到2025年人類還能接收到它的信號，但再往后就很難說了。如果人類能在旅行者1號和地球之間建幾個中繼站可能就會解決這個問題，但是目前各國還沒有相關(guān)的計劃項目。”

“旅行者”曾立下赫赫功勛

新太陽系外探測器即將踏征程

據(jù)龐之浩介紹，旅行者1號于1977年9月5日在美國卡納維拉爾角空軍基地由大力神3號E/半人馬座火箭發(fā)射升空，發(fā)射時重2016千克，到達木星時重792千克。它的主體是扁平的十面棱柱體，頂端裝有一個直徑約3.7米的大型高增益天線，左右兩側(cè)各伸出一根懸臂，較長的一根是磁強計支柱，短的一根是科學儀器支架。它共攜帶有10種科學探測儀器，包括成像系統(tǒng)、紫外光譜儀、紅外光譜儀、磁強計、行星射電天文學實驗裝置、照相偏振測量儀、等離子微粒實驗裝置等，用于探測宇宙線、行星磁場、行星大氣成分等。此外，旅行者1號還裝備有3臺放射性同位素熱電發(fā)射器作為電源，其中兩臺是工作電源，一臺是備用電源，每臺39千克，可提供30伏、470瓦的電能。旅行者2號于1977年8月20日發(fā)射升空，比旅行者1號早了半個月，兩個旅行者號探測器形制大體相同。

美國航空航天局送兩個“旅行者”上天的最初目標是探測木星、土星、天王星和海王星。由于飛行軌道不同，1979年3月旅行者1號率先到達木星上空，繼而于1980年11月飛越土星。旅行者2號則在1979年7月飛越木星，1981年飛越土星。

30多年時間里，這對“孿生兄弟”立下了赫赫功勛。兩個旅行者探測器發(fā)現(xiàn)，木星的衛(wèi)星“木衛(wèi)一”上有火山活動。旅行者1號發(fā)現(xiàn)“木衛(wèi)二”表面有蹤橫交錯的紋理，以及“土衛(wèi)六”擁有濃密的大氣層，還發(fā)現(xiàn)了木衛(wèi)十四、十五和十六以及土衛(wèi)十三、十四和十五。旅行者2號則發(fā)現(xiàn)木星“大紅斑”風暴是以逆時針方向轉(zhuǎn)動的復(fù)雜風暴系統(tǒng)。它們發(fā)回了數(shù)以萬計的清晰照片。正是它們對木星和土星的考察，才使得人類對這兩個大行星的認識有了很大提高。

不過，在它們先后訪問土星后，兩兄弟就分道揚鑣了。其中旅行者1號由于新增加了重點探測土衛(wèi)六的任務(wù)，而探測土衛(wèi)六有特定的軌道要求，所以在完成土星系探測后，旅行者1號沒有像旅行者2號那樣飛向天王星和海王星，而是向上飛出了太陽系諸行星的軌道平面，旅行者2號則在越過土星后，又繼續(xù)訪問了天王星和海王星，并發(fā)現(xiàn)天王星10個之前未知的天然衛(wèi)星以及海王星的大黑斑。最后，它也飛出太陽系諸行星的軌道平面。不過，由于飛行軌道的不同，它多走了許多彎路。

旅行者1號畢竟是以太陽系內(nèi)探測為主，即便飛出了太陽系它也無法近距離經(jīng)過任何恒星——飛到最近的半人馬座α星也要幾萬年。然而長江后浪推前浪，新的太陽系外探測器即將整裝踏上征程。美國航空航天局官方網(wǎng)站的消息稱，星際邊界探測器將于今年夏天發(fā)射，這一探測器的使命就是為了探索激波邊界和太陽風鞘。

該項目的領(lǐng)導(dǎo)研究人員、美國圣安東尼奧西南研究學院的大衛(wèi)·麥克康馬斯指出，星際邊界探測器將帶有高能中性原子分析器，可以捕捉太陽風鞘與星際空間的各種變化。

而美國約翰·霍普金斯大學的拉爾夫·麥克納特正與美國噴氣推進實驗室一起計劃研制一艘“創(chuàng)新星際探測器”。它有望于2014年發(fā)射，能在25年內(nèi)飛到200個天文單位之處，2040年，它將一窺星際空間。

■名詞解釋

激波邊界：激波邊界是太陽風在恒星間氣體壓力下減速的地帶。在這個地帶，太陽風從每小時100萬至240萬公里的高速急劇下降，其粒子密度更大，溫度也升高了?？茖W家認為，由于恒星間氣體壓力變化，這個區(qū)域經(jīng)常收縮或膨脹，很難清晰確定邊界。

太陽風鞘：從太陽“吹”出的太陽風在靠近太陽的地方，具有很大推力，可以輕松地吹散太陽周圍的星際介質(zhì)。不過在遠離太陽的地方，星際介質(zhì)最終會勝出，它們會使太陽風減速并最終停下來。太陽風減速并且開始和星際介質(zhì)相互作用的地方被稱為太陽風鞘。

天文單位：地球到太陽的平均距離為一個天文單位，一天文單位約等于1.496億千米。