跨越數(shù)十億英里，這對(duì)“雙胞胎”如何叩開(kāi)星際空間之“門”？

作者：黃湘紅 段躍初

在人類對(duì)宇宙的漫長(zhǎng)探索旅程中，有一對(duì)閃耀的“雙子星”——NASA 的旅行者號(hào)探測(cè)器，它們宛如無(wú)畏的先鋒，跨越數(shù)十億英里，為我們揭開(kāi)了太陽(yáng)系邊緣及星際空間那神秘面紗的一角，徹底改變了我們對(duì)宇宙邊界的認(rèn)知。

《科學(xué)美國(guó)人》雜志在 2024 年 12 月 13 日刊登的一篇由 Meghan Bartels 撰寫的文章，深入講述了旅行者號(hào)的傳奇故事。旅行者號(hào)探測(cè)器的設(shè)計(jì)獨(dú)具匠心，其主體結(jié)構(gòu)呈圓筒狀，搭載著多種功能強(qiáng)大的儀器設(shè)備。它們裝備了高精度的光學(xué)相機(jī)，能夠捕捉遙遠(yuǎn)天體的清晰圖像，讓地球上的我們得以目睹外行星那壯麗的環(huán)帶和神秘的衛(wèi)星。探測(cè)器還配備了先進(jìn)的光譜分析儀，通過(guò)分析天體發(fā)出的光的光譜，科學(xué)家們可以了解這些天體的化學(xué)成分和物理性質(zhì)，從而推斷出它們的形成和演化過(guò)程。此外，旅行者號(hào)還攜帶著粒子探測(cè)器，用于測(cè)量太陽(yáng)風(fēng)粒子以及星際空間中的高能粒子，這些數(shù)據(jù)對(duì)于研究宇宙射線的起源和傳播至關(guān)重要。

自 1977 年踏上征程以來(lái)，這對(duì)雙胞胎探測(cè)器就肩負(fù)著探索外行星的使命。它們先后飛掠木星、土星，旅行者 2 號(hào)還額外探訪了天王星和海王星，為人類送回了這些遙遠(yuǎn)巨行星的珍貴影像和數(shù)據(jù)，讓我們首次得以近距離窺探這些神秘世界的真面目。

然而，它們的使命并未隨著外行星探索的結(jié)束而終止。當(dāng)行星觀測(cè)任務(wù)完成后，盡管儀器設(shè)備在老化、能源也在逐漸減少，NASA 科學(xué)家們還是決定讓旅行者號(hào)繼續(xù)前行，向著太陽(yáng)系的邊界進(jìn)發(fā)。在漫長(zhǎng)的旅途中，旅行者號(hào)經(jīng)歷了多個(gè)關(guān)鍵階段。2004 年 12 月，旅行者 1 號(hào)抵達(dá)終止激波區(qū)域，這是太陽(yáng)風(fēng)開(kāi)始急劇減速的地方；到了 2012 年 8 月，它成功穿越日球?qū)禹?，正式進(jìn)入星際空間。而旅行者 2 號(hào)也緊隨其后，在 2007 年跨越終止激波，并于 2018 年 11 月穿過(guò)日球?qū)禹數(shù)牧硪黄瑓^(qū)域。

這些探測(cè)成果意義非凡。從科學(xué)認(rèn)知的角度來(lái)看，它們讓我們認(rèn)識(shí)到日球?qū)硬⒎鞘且粋€(gè)簡(jiǎn)單、靜態(tài)的邊界，而是一個(gè)復(fù)雜多變、充滿活力的區(qū)域。太陽(yáng)風(fēng)與星際介質(zhì)的相互作用在此展現(xiàn)出令人驚嘆的景象，例如在終止激波和日球?qū)禹斨g的日鞘區(qū)域，太陽(yáng)物質(zhì)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生著劇烈的變化，速度減慢甚至出現(xiàn)反向流動(dòng)。而且，太陽(yáng)活動(dòng)的 11 年周期如同宇宙的脈搏，深刻影響著日球?qū)拥拇笮『托螤?，使其呈現(xiàn)出周期性的膨脹與收縮，這一現(xiàn)象在探測(cè)器收集的數(shù)據(jù)中得到了清晰的體現(xiàn)。

星際空間的神秘面紗也被旅行者號(hào)稍稍揭開(kāi)。那里有著與太陽(yáng)系內(nèi)部截然不同的環(huán)境，彌漫著銀河宇宙射線以及來(lái)自古老恒星死亡后的塵埃。這些發(fā)現(xiàn)讓我們對(duì)宇宙的演化和物質(zhì)分布有了更深刻的思考，仿佛為我們打開(kāi)了一扇通往宇宙深處歷史的大門，讓我們得以窺探那些遙遠(yuǎn)而古老的故事。

專家們對(duì)旅行者號(hào)的成果給予了高度評(píng)價(jià)。波士頓大學(xué)的空間物理學(xué)家 Merav Opher 感慨道：“以前我們總覺(jué)得自己對(duì)日球?qū)油α私猓陕眯姓咛?hào)這一路走下來(lái)，才發(fā)現(xiàn)我們知道的不過(guò)是冰山一角，它的復(fù)雜和動(dòng)態(tài)遠(yuǎn)超想象，這也讓我們明白，宇宙還有太多的奧秘等待我們?nèi)ネ诰??！逼樟炙诡D大學(xué)的 Jamie Rankin 也指出：“在旅行者號(hào)突破日球?qū)禹斨?，我們?cè)诘厍蛏献龅哪切┯^測(cè)，其實(shí)都受到太陽(yáng)各層的干擾和過(guò)濾，而現(xiàn)在它們送回的數(shù)據(jù)，就像是來(lái)自宇宙深處的純凈信息，為我們提供了全新的研究視角，讓我們對(duì)太陽(yáng)與宇宙的關(guān)系有了更清晰的認(rèn)識(shí)?！?/p>

但旅行者號(hào)的探索也并非一帆風(fēng)順，它們也留下了許多未解之謎。比如，其中一艘探測(cè)器出現(xiàn)了多次穿越終止激波的奇特現(xiàn)象，這背后的原因至今仍讓科學(xué)家們爭(zhēng)論不休。而且，日球?qū)拥恼w形狀到底是什么樣的，目前還沒(méi)有一個(gè)確切的答案，它可能像拖著長(zhǎng)尾巴的彗星，也可能像彎彎的羊角面包，甚至可能是一種我們從未設(shè)想過(guò)的形狀。

盡管如此，旅行者號(hào)的價(jià)值無(wú)可替代。它們就像是宇宙中的信使，為我們帶來(lái)了來(lái)自遙遠(yuǎn)星際的珍貴信息，激發(fā)了無(wú)數(shù)人對(duì)宇宙的向往和探索欲望。雖然它們的儀器終有一天會(huì)停止工作，但它們所開(kāi)啟的探索之旅將永遠(yuǎn)銘刻在人類探索宇宙的歷史長(zhǎng)河中，激勵(lì)著一代又一代的科學(xué)家勇往直前，去追尋那無(wú)盡的星辰大海，努力拼湊出宇宙完整而壯麗的畫卷。

參考文獻(xiàn)：

NASA’s Beloved Voyager Probes Find Puzzles beyond the Solar System｜Scientific American