旅行者1號項目科學家詳解：飛出太陽系堪比登月

美國宇航局今日發布的消息稱，旅行者1號已確認飛出太陽系，正式進入星際空間。美國加州理工學院教授、旅行者號探測項目科學家愛德華?斯通(Edward Stone)就旅行者1號飛出太陽系相關問題做詳細解答。

　　問：你能給我們介紹下有關旅行者1號進入星際空間的確切日期、時間嗎？以及當時它與地球和太陽的距離是多少？

　　答：旅行者號科學團隊認為，旅行者1號在2012年8月25日就進入了星際空間。這一結論是基於2012年8月25日觀察到的帶電粒子變化，以及2013年4月到5月獲得的磁場數據和新的等離子體數據而做出的。新的等離子數據促使研究團隊確認，旅行者1號已經進入了星際空間，但時間只能精確到2012年8月。不過，在太陽圈(太陽風吹入星際物質空間中造成的氣泡)內外的帶電粒子於2012年8月25日出現了永久性的改變，這一改變發生在一段為期13個小時的時間內，因此我們無法精確事件發生的時刻。旅行者1號當時距離太陽183億公里，距離地球182億公里。

　　問：為什麼這會被定義為一個歷史事件？

　　答：旅行者1號是距離我們最遠的人造物體。我們之前還從未進入過星際空間。它代表了歷史上的首次壯舉，與麥哲倫第一次環球航行、1962年水手2號第一次飛掠過金星(人類第一次成功接近其他行星)，以及阿姆斯特朗第一次踏上月球等歷史事件相比都毫不遜色。

　　問：旅行者1號進入的是一個什麼樣的環境？

　　答：旅行者1號進入了一個嶄新的環境，超出了太陽釋放的等離子體(太陽風)的範圍，進入到星際空間等離子體的懷抱。等離子體廣泛存在於宇宙空間中，是帶電粒子最稠密和運動最緩慢的形態(霓虹燈的燈光就是等離子體的一個例子)。等離子體也是判別旅行者1號是否處於太陽圈內部的最重要標誌。太陽風從太陽表面向四面八方流出，如果旅行者1號突破了太陽圈，那其周圍的等離子體就會發生改變，此時觀測到的將是從附近其他巨大恆星在數百萬年前放射出來的等離子體。

　　目前旅行者1號仍能探測到部分太陽磁場和帶電粒子效應，即還能感受到太陽的影響。科學家並不確定旅行者1號什麼時候才能到達完全沒有太陽影響的星際空間。

　　問：我們如何知道旅行者1號處於星際空間中？

　　答：旅行者1號的團隊稱，從2013年4月旅行者1號上等離子體波設備獲得的新數據可知，旅行者1號在2012年8月25日進入了星際空間。在2012年3月左右，太陽發生了一次突然的物質噴發，這些物質經過了13個月才到達旅行者1號當時所處的位置，並使其周圍的等離子體發生了振動。旅行者1號探測到了這些振動——研究團隊8年來首次探測到這一類型的聲音——並將最近的數據反饋回來。科學家據此推測旅行者1號在2012年8月進入了這片密集的等離子體中。有關旅行者1號聽到了什麼，可以在以下這個網址(http://www.nasa.gov/voyagerinterstellar)的視頻中找到答案。

　　問：這些太陽事件發生的頻率如何？

　　答：在活動高峰期，太陽在一天之內可以有好幾次日冕物質噴射，或太陽物質噴射。這段時間被稱為太陽活動高峰。旅行者1號和2號分別於1983年到1984年、1992年到1993年探測到了大規模的日冕物質噴射。這些大規模噴射能導致太陽圈內產生可探測的無線電波。不過，聖帕特里克節(每年3月17日)時出現的太陽風暴並不被認為是大規模的噴射，也沒有形成可探測到的無線電波。旅行者1號剛剛探測到的等離子體振蕩，只有當其處於星際等離子體中時才能探測到。旅行者1號十分走運，聖帕特里克節的這次太陽風暴正好影響到了它所處的區域，並使其周圍的等離子體發生了振蕩。

　　問：我們怎麼知道旅行者1號探測到的就是星際等離子體？

　　答：旅行者1號在2013年4月所探測到的等離子體密度很大，比旅行者2號同一時間在太陽圈外層探測到的等離子體密度大40倍。這種差別非常顯著。等離子體密度的變化，也在旅行者科學團隊的預計之中。

　　問：你如何確定已經到達了星際空間？

　　答：旅行者科學團隊預計會出現的幾個關鍵變化都出現了，如高能粒子的變化，以及等離子體密度的顯著變化。這是我們預計會在星際空間中見到的。

　　問：為什麼旅行者科學團隊說的是2012年8月25日，而不是2012年8月？

　　答：等離子波科學團隊根據他們的數據推算，旅行者1號在2012年8月進入了高密度的等離子體中。因為這是一個推算，所以存在著某些不確定性。但我們所知道的是，太陽圈內部的粒子(太陽粒子)在2012年8月25日已經基本消失，而此時星際空間的粒子急劇增加。因此旅行者科學團隊認為已經有足夠證據說明：2012年8月25日就是人類首次進入星際空間的日期。

　　問：為什麼旅行者號團隊的科學家沒有更早地知道，其實旅行者1號早在一年多前就已經進入了星際空間？

　　答：旅行者號科學團隊首先要有等離子體的數據，然後還需要一段時間對其進行分析。從2012年8月25日獲得的數據顯示，來自太陽圈內部的低能量帶電粒子已經基本消失，而來自太陽圈以外的高能量粒子突然飆升到最高水平。這是到達星際空間的兩個關鍵標誌。

　　這些變化也是旅行者1號在經過太陽層頂(heliopause)時所預計出現的。太陽層頂是太陽圈與星際空間之間的邊界，太陽風在此與星際物質達到平衡。此外，科學家還預計，當旅行者1號進入星際空間磁場時，其周圍的磁場方向將出現一次突然的變化。接下來對磁場數據的分析顯示，並沒有變化發生。科學團隊當時認為旅行者1號可能還停留在太陽圈以內。旅行者1號上面並沒有正在工作的等離子體探測器，因此科學家需要藉助別的方法來探測等離子體。太陽風暴剛好提供了一次絕佳的機會。

　　問：如果大自然沒有幫我們這一把，即太陽的這次周期性噴發沒有出現的話，情況會有什麼不同？

　　答：如果在2012年3月沒有發生這一次太陽物質噴射，或者這些物質沒有到達星際空間的話，旅行者號的科學團隊還將繼續尋找其他間接的方法，來了解旅行者1號所處的等離子體環境。他們唯一的策略就是觀察有哪些東西發生了改變。例如，他們會探測磁場的方向或強度是否會突然發生改變。當然，他們也會一直關注帶電粒子的變化。

　　問：為什麼在過去科學家會談論磁場作為星際空間的標誌之一，但現在不再這麼說？

　　答：由於旅行者1號不能對等離子體進行直接的觀測，因此科學家利用磁場變化來代表等離子體的變化。旅行者1號的等離子體設備——用於測量等離子體的密度、溫度和速度——早在1980年就已經停止工作，當時它剛剛完成了最後一次行星飛掠。因為太陽的等離子體攜帶有太陽放射出來的磁場線，而星際等離子體則具有星際空間的磁場線，因此科學家認為，通過觀測這些磁場，我們可以了解其等離子體環境。一旦從等離子體波設備上獲得了確切的等離子體數據，我們就可以確鑿地說明等離子體發生了改變。這種改變正是科學團隊所要尋找的關鍵證據。

　　問：現在旅行者1號距離我們有多遠？

　　答：旅行者1號距離太陽和地球大約有190億公里(2013年9月9日的數據)。

　　問：旅行者2號情況如何？它是否接近過星際空間？

　　答：儘管旅行者2號最先發射，但它還沒有接近過星際空間。我們從等離子體設備的探測結果得知，旅行者2號還處在太陽圈內。我們正在密切關注旅行者2號的數據，並已經展開對這些數據的分析。旅行者1號與太陽的距離比旅行者2號還要遠大約34億公里。它們以不同的方向運行。旅行者1號的方向更向北，而旅行者2號則更向南。

　　問：旅行者1號和2號還能工作多長時間？

　　答：旅行者1號和2號上面的磁場和粒子探測設備還能工作到2020年。在旅行者1號的掃描平台上，只有紫外線探測設備還在反饋數據，儘管通過這些數據並不能辨別出太陽圈和星際空間，美國航空航天局(NASA)也已經沒有資助有關這一設備的任何科學團隊。2014年該設備將被關閉，以為其他設備保留電力。到2020年，由於電能有限，旅行者號的引擎將開始逐一關閉磁場和粒子設備。科學家預計，最後一個科學設備將工作到2025年。

　　放射性同位素熱電發電機每年產生的功率不到4瓦，因此科學家需要確定哪種設備是傳回太陽圈和星際空間關鍵數據的優先設備，並將其他設備逐一關閉。目前加熱器等其他一些航天器設備已經被關閉。

　　在2025年以後，我們就將收不到有關的科學數據，但旅行者號的工程數據還將在之後幾年中繼續傳回。旅行者1號和2號或許可以在2036年左右成為深空網路(Deep Space Network)的一部分，這需要取決於它們還保存有多少電能，即是否還能向地球傳回數據。

　　問：旅行者1號將去向何方？它什麼時候到達那裡？旅行者2號呢？

　　答：旅行者1號正在以每年3.5天文單位(AU，1AU相當於日地平均距離149597870700米)速度離開太陽系，方向是與黃道平面成35度夾角向北，大體是太陽向點(Solar Apex)的方向(太陽相對於附近恆星的運動方向)。旅行者1號離開太陽系後將向著蛇夫座的方向飛去。到公元40272年(距今38259年後)，旅行者1號將到達距離小熊座一顆模糊恆星(稱為AC+79 3888)1.7光年的地方。

　　旅行者2號正以每年3.1天文單位的速度離開太陽系，方向與黃道平面成48度夾角向南，朝射手座和孔雀座的方向飛去。在大約4萬年後，旅行者2號將到達距離一顆名為Ross 248的恆星1.7光年的位置，這顆小型恆星位於仙女座。(任天)