離家180億公里，旅行者二號正式飛出日光層

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在12月10日美國地球物理聯盟年會舉行的新聞發布會上，美國宇航局旅行者探測器團隊討論結果已經確定，旅行者2號已經飛出日光層，正式進入了星際空間。這是人類歷史上第二次人造探測器進入星際空間，而所謂的日光層也就是太陽風粒子可以抵達的最遠距離，一旦飛出了日光層，那麼就基本不受太陽風粒子影響了，探測器將直接面對複雜莫測的星際空間。

根據旅行者2號探測器上的數據，NASA科學家確認探測器穿越日光層的時間是在11月5日，這也是人類第一次對星際空間進行探索。之所以能夠這樣說，是因為旅行者1號在2012年飛躍日光層的時候缺少了一種儀器，即等離子體科學實驗儀器。這個儀器在1980年就已經在旅行者1號上停止使用，但在旅行者2號上仍然可以使用。憑藉這個儀器的發揮，我們也第一次對星際空間進行觀測。

圖1.日光層示意圖（圖片來源：NASA）

旅行者2號的位置與基本情況

旅行者2號現在距離地球大約110億英里，即180億公里。目前NASA仍然可以與旅行者2號保持通信，信號從地球傳遞到旅行者2號上需要16.5個小時的時間。由此看出，旅行者探測器與我們的距離是非常之遠的，太陽光到地球都只有8分鐘，但要到旅行者2號上需要十幾個小時的時間。

等離子體科學實驗儀器可以對太陽風的速度、密度、壓力和通量等參數進行探測，旅行者2號在11月5日的數據中發現了這些參數大幅度降低的情況。並且沒有探測到旅行者2號周圍存在太陽風粒子，因此NASA科學家才有信心認為旅行者2號飛出了日光層。

除了等離子體數據外，旅行者探測器的科學團隊還根據宇宙射線探測系統、低能帶電粒子儀以及磁力計數據，最終才得出探測器飛出日光層的結論。這就意味著，旅行者2號的部分儀器設備在此時仍然正常工作，這就為我們第一次探索星際空間奠定了基礎。

圖2.旅行者探測器（圖片來源：NASA）

從這個角度看，旅行者2號進入星際空間才算是一個開始，NASA將組織力量研究探測器傳回的數據。為此，NASA還加入了一個探測器任務來支持旅行者號的數據分析，計劃在2024年發射IMAP星際測繪和加速探測器，結合IBEX美國宇航局星際邊界探測器的數據，對日光層邊緣的環境進行全面而深入的調查。

需要指出的是，旅行者1號和2號目前只是離開日光層，並不是離開太陽系。不論是狹義還是廣義的太陽系範圍都比日光層更遠，太陽系邊界被認為在奧爾特雲的外緣，這裡距離地球大約1000至10萬個天文單位。按照旅行者2號的速度，需要再飛300年才能抵達其內側邊緣。如果要完全飛躍奧爾特雲，估計要再飛3萬年才行。

圖3.兩艘旅行者探測器飛行方向

（圖片來源：NASA）

旅行者2號還能運行多久？

兩艘旅行者探測器於1977年發射，對太陽系各大行星進行了初步考察，飛出冥王星軌道之後被重新設定軌道，向太陽系外方向前進。從1977年至今，旅行者探測器已經運行了41年的時間，其原本計劃的任務壽命只有5年，而旅行者2號到目前為止狀態要比1號更好一些。這得益於旅行者探測器上使用的核電池，放射性同位素熱發生器理論上可以工作到2025年之後，輸出功率每年消耗4瓦左右，因此隨著時間的推移，除非是故障因素導致的停機外，探測器上的儀器也會因為供電問題選擇性關閉，其中就包括星載攝像機，已經無法工作。

圖4.冥王星軌道之外空間示意圖

（圖片來源：NASA）

作為地球文明的使者，旅行者探測器上也攜帶了記錄地球方方面面的圖片、聲頻等信息，理論上可以保存數十億年之久。川陀太空認為，旅行者探測器甚至會變成人類文明的罕見遺迹，如果我們的文明無法繼續存在下去，那麼飛出日光層的旅行者探測器就會變成文明的見證者。畢竟環境問題、核武器、病毒、小行星都有可能摧毀人類。川陀太空認為，與旅行者1號所不同的是，旅行者2號在通過進入星際空間之後科學探索並不會很快結束，探測器上還有可以運行的儀器，可以對星際空間的環境進行探索。

根據目前旅行者探測器的狀態，兩艘探測器至少可以運行至少5年以上，如果運氣好的話也可能達到10年以上，屆時旅行者探測器就有將近50年的空間運行歷史。由此我們可以認為，根據NASA給出的觀點，旅行者探測器最多運行到2030年，保守估計在2023至2025年。探測器上的儀器設備不會無限期運行下去，除了本身壽命限制之外，還有電力供應是否持續的問題。

圖5.深空飛行中的旅行者探測器

（圖片來源：NASA）

深空探測未來的路如何走？

旅行者2號穿越日光層之後就要進入星際空間，脫離了太陽風的氣泡保護，因此我們有理由認為旅行者2號將會探測到更多的銀河宇宙射線，這些射線其實是一些具有極高能量的原子，以接近光速在宇宙中穿行。高能宇宙射線的來源比較複雜，比如中子星、黑洞事件，超新星爆發等，都會產生高能宇宙射線。從某種意義上看，每個恆星系統所建立的日光層都可以認為是一種保護傘，在複雜的宇宙射線下，日光層對太陽系生命具有一定的保護作用。

目前兩艘旅行者探測器都先後飛出日光層，進入星際空間，接下來最有可能飛出日光層的就是新視野號探測器了。目前該探測器距離地球大約64億公里，正準備探索第一個柯伊伯帶天體，對新視野號而言，還有很長的路要走。旅行者2號距離地球達到180億公里，因此在短期內新視野號不會飛出日光層，其更多的任務是側重對柯伊伯帶天體的考察。

圖6.柯伊伯帶示意圖（圖片來源：NASA）

展望未來，至少在接下來5至10年，很難說會有一個新的外太陽系探測項目出現，新視野號本來有一個姊妹探測器，後來被取消了。因此在可預見的未來，也只有這三艘探測器在飛出日光層的同時會保持與地球聯繫，鑒於飛抵冥王星軌道之外需要10年左右的時間，兩艘旅行者探測器更是在1977年就已經升空，在其發射後40年左右才飛出日光層。那麼可以認為在本世紀結束時，很可能只有2艘旅行者探測器和新視野號飛出日光層，除非NASA在2030年代啟動一個外太陽系探索項目，那麼在22世紀到來之前，還有一次飛出日光層的機會，不然就要等到22世紀了。

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