每當仰望滿是星辰的夜空之時,心裡總會莫名其妙升起一個大大的疑團:太陽系之外的太空到底有什麼,比人類更高階的外星文明存在嗎?有沒有比地球更適合生命的星球?太陽系是否只是一個擁有低階文明的恆星系,被外星人所忽視?
看著星辰大海,腦海裡有時會自然出現幻想:駕駛著一艘造型超酷的超光速飛船,向幾千光年外的恆星系飛去,在溫暖和光亮的飛船內部,一邊吃著營養餐,一邊看著舷窗外的美景,附近太空空無一物,後方太陽在快速縮小,前方目標星系在快速放大。
儘管這只是一個美好的幻想,未來能否成為現實還不一定,但是現在有兩艘無人飛船在經過40多年的不斷飛行後,離開了太陽系進入了星際空間,更重要的是,它們在遙遠的外太空發現了一種不合常理的奇怪現象:越往外飛,物質密度反而越大。
不用我說,估計很多人已經猜到這兩艘飛船名字了,美國旅行者1號和旅行者2號,聽說過這兩個名字的人應該不少。從美國宇航局網站公開實時資料看,2021年2月1日,旅行者1號與地球距離為227.8億公里,旅行者2號與地球距離為189.7億公里。
以光速計算,從旅行者1號傳回地球需要21小時6分26秒,從旅行者2號傳回地球需要17小時35分6秒,儘管它們與地球距離跟一光年距離沒法相比,但是卻已經飛出了日光層,從某個角度來說,已經離開了太陽系,進入到星際空間。
說起日光層,有人誤以為日光層就是太陽光能夠抵達的地方,但實際上並非如此,是太陽風高能粒子能抵達的區域,太陽是一個極其穩定的恆星,無時不刻不在釋放著物質,肉眼看不到的高能帶電粒子流,又被稱為“太陽風”。
太陽風以每秒200~800公里的速度向外推進,可以抵達百億公里外,將火星軌道外的小行星帶、八大行星,遙遠的柯伊伯帶都包圍了起來,形成一個橢圓球體的帶電粒子區域,橢圓球體一頭是太陽系,另一頭是太陽公轉軌道中心,這就是日光層,又稱太陽磁泡。
日光層內部存在大量帶電粒子,平均每立方厘米充斥著4到11個粒子,離太陽越近粒子就越多,離太陽越遠粒子就越少。
在很多人看來,日光層之外的星際空間是真正的真空,應該沒有任何微粒。但實際上仍充斥大量粒子,它們組成大家所熟知的宇宙射線,只不過星際空間的粒子密度極低,科學家透過對銀河系建模,計算出星際空間粒子密度為每立方厘米約0.036個粒子。在太陽系日光層之外的包圍層,粒子密度只有0.002電子/立方厘米。
2012年8月,美國宇航局科學家看到旅行者1號傳回的探測資料後一陣狂喜,因為他們發現了跟之前完全不一樣的數值,數值顯示了太陽風粒子急劇減少,這意味著181億公里外的旅行者1號正在跨越日光層,即將進入星際空間。
2013年10月,已進入星際空間的旅行者1號探測到粒子密度約0.055電子/立方厘米,這時的旅行者1號與地球相距183億公里,這讓美國宇航局科學家感到很好奇,為什麼星際空間實際粒子密度比計算出來的數值要大呢?
在接下來29億公里的行程裡更讓專家感到奇怪,旅行者1號上等離子波科學儀器探測到奇怪現象:粒子密度一直在增加,當抵達211億公里遠時,粒子密度增加到每立方厘米約0.13個電子,比星際空間平均粒子密度要大得多。
2018年11月,美國宇航局科學家又是一陣狂喜,發現178億公里外的旅行者2號也跨越了日光層,2019年1月,來到179億公里外的旅行者2號探測到粒子密度約0.039個電子/立方厘米,同樣要比星際空間平均粒子密度要大。2019年6月,185億公里外的旅行者2號發現粒子密度在大增,達到0.12個電子/立方厘米。
我們來整理一下資料,179億公里遠0.039個電子/立方厘米,183億公里遠0.055電子/立方厘米,185億公里遠0.12電子/立方厘米,211億公里遠0.13電子/立方厘米,對比之後,一個驚人結論出現了:越往外飛,物質密度反而越大。