2018年11月5日，美國宇航局的旅行者2號宇宙飛船成為第二個進入星際空間的人造物體。現在，科學家們分享了旅行者2號歷史性跨越所帶來的初步科學成果。

然而，僅僅因為探測器離開了日球層，並不意味著它們離開了我們的太陽系。這個邊界位於奧爾特雲的最邊緣，奧爾特雲是一組受太陽引力影響的小天體。科學家們認為，旅行者號需要2300年才能到達雲的內部邊緣，而完全飛過它則需要3萬年。

週一，《自然天文學》(Nature Astronomy)雜誌刊登了五項詳細介紹這些發現的研究。

來自星際空間的教訓

熱的太陽風和冷的星際空間有一個邊界，這個邊界叫做太陽風頂。這次任務的科學家們比較了旅行者2號上儀器的資料，確定這次跨越的實際日期是11月5日，當時探測器周圍的太陽風粒子急劇下降，這意味著探測器離開了日球層——由太陽風從恆星釋放而形成的太陽泡泡狀邊界。

新的研究證實了這一日期，並揭示了這一跨越發生在不到一天的時間裡，距離太陽超過110億英里。旅行者2號從太陽風的低密度熱等離子體穿越太陽風頂層，進入星際空間的低密度冷等離子體。

不知何故，這兩個非常不同的區域之間存在著一種平衡，天文學家認為正是密度幫助平衡了壓力差。

2012年，旅行者1號也曾穿越過星際空間，但其受損的等離子儀器無法提供穿越的完整資料。

“從1977年發射兩艘探索木星和土星的宇宙飛船開始，這真是一段奇妙的旅程，”自1975年以來一直從事旅行者專案的科學家、加州理工學院(California Institute of Technology)物理學教授埃德·斯通(Ed Stone)說。他是其中一項研究的作者之一。“我們的旅程已經越來越深入太空。我們不知道這個氣泡有多大太陽在它周圍產生的超音速太陽風，是由電離等離子體構成的，它從各個方向遠離太陽。我們不知道飛船能活到足夠長的時間到達氣泡的邊緣，離開它進入附近的星際空間。”

科學家們通過旅行者1號和旅行者2號的資料了解到，太陽風和星際空間風的粒子實際上越過了邊界。來自星際空間的風是由數百萬年前變成超新星的恆星產生的。這些粒子的混合實際上在太陽風頂層和星際空間之間形成了一層。

基於旅行者2號的跨越，天文學家們了解到，在兩種型別的等離子體之間，日球層有一個平滑但明確的邊界。他們還發現了一個比旅行者1號探測到的更強的星際磁場。星際磁場是由爆炸的恆星產生的，爆炸的恆星不僅釋放物質，也釋放磁場。

“從歷史意義上講，那種認為太陽風會隨著你深入星際空間而逐漸減弱的老觀點是不正確的，”艾奧瓦大學(University of Iowa)一項研究的作者唐·格內特(Don Gurnett)說。“我們在旅行者2號和之前的旅行者1號上表明，那裡有一個明顯的邊界。令人驚訝的是，包括等離子體在內的流體是如何形成邊界的。”

太陽和星際空間之間的相互作用也引起了科學家們的興趣。太陽釋放的衝擊波可以直接穿過太陽風頂層進入星際介質並引起擾動，就像超新星形成的衝擊波在恆星之間的空間中傳播一樣。

所有從這次跨越中獲得的早期洞察力提供了一幅關於太陽和星際空間之間發生了什麼的複雜圖景。這些知識可以應用到天文學家研究的所有恆星上，因為他們相信其他恆星可能也有同樣的特徵。當他們研究其他有系外行星圍繞的恆星時，他們現在學到的東西可以應用到他們發現的其他星系。

斯通說，將旅行者2號獲得的資訊與旅行者1號獲得的資料進行比較，可以發現有趣的相似性和對比。根據它們進入星際空間的位置，它們提供了兩個資料點。

但是科學家們仍然希望美國宇航局批准另一個星際探測器來收集更多的資料。把日球層想象成一隻風向袋，天文學家想要一個探測器，它可以沿著太陽風形成的尾巴向下移動，擴充套件太陽系的邊界。

延長航行者的壽命

“旅行者1號”和“旅行者2號”於1977年發射，用於探索太陽系的行星。“旅行者1號”和“旅行者2號”的設計壽命只有5年，現在都達到了42歲。

他補充說:“他們發射的時候，太空時代只有20年，所以很難期待任何東西能持續40年或更長時間。”

但是，如果沒有工程師們的努力，這一創紀錄的壯舉是不可能實現的，因為他們必須做出關鍵的決定，以保證這兩艘宇宙飛船的執行。現在他們有了一個新的計劃，可以讓旅行者1號和2號保持清醒並繼續工作，這樣科學家們就可以繼續接收關於我們從未探索過的那部分太空的重要資料。

其中一個難題是保持動力，這是維持科學儀器執行以及防止它們在深空凍結的加熱器所必需的。這兩種探測器現在都距離太陽超過110億英里，這使得加熱器對維持其功能至關重要。如果燃料無法為確保兩個探測器的天線都指向地球的推進器提供動力，工程師就無法接收資料或與探測器通訊。

隨著時間的推移，電力系統的效率降低了，發電機的發電量比發射時減少了40%。

兩個航天器上的推進器也在退化。它們發出的小氣流使航天器保持定向，這意味著它們的天線仍然指向地球。旅行者2號不久將啟動另一組推進器，上一次使用是在1989年飛越海王星的時候。2017年，工程師們在旅行者1號上做了同樣的事情。

旅行者2號是接收新計劃的首要任務，因為它正在用一個不在旅行者1號上工作的儀器收集更多的資料。它也消耗了更多的能量，所以工程師們關掉了宇宙射線子系統的加熱器。那個儀器降到了華氏零下74度，但它仍在發回資料。考慮到該儀器最初的測試溫度只有零下49華氏度，這是很了不起的。

即使在星際空間，科學家們仍然可以與旅行者2號進行通訊，但這些資料需要大約16.5個小時才能傳回地球。

根據節省能源和調整航天器方向的新計劃，工程師們預計旅行者1號和2號至少在未來幾年內仍將發回資料。

探測器收集到的資料為NASA星際測繪和加速探測器提供了資訊，該探測器計劃於2024年發射。

斯通說:“這兩個‘旅行者’探測器都在探索以前從未去過的地區，所以每一天都是一個發現的日子。”“‘航行者’號將繼續用有關深空的新發現帶給我們驚喜。”