跨越數(shù)十億英里，這對“雙胞胎”如何叩開星際空間之“門”？

作者：黃湘紅 段躍初

在人類對宇宙的漫長探索旅程中，有一對閃耀的“雙子星”——NASA 的旅行者號探測器，它們宛如無畏的先鋒，跨越數(shù)十億英里，為我們揭開了太陽系邊緣及星際空間那神秘面紗的一角，徹底改變了我們對宇宙邊界的認知。

《科學(xué)美國人》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的傳奇故事。旅行者號探測器的設(shè)計獨具匠心，其主體結(jié)構(gòu)呈圓筒狀，搭載著多種功能強大的儀器設(shè)備。它們裝備了高精度的光學(xué)相機，能夠捕捉遙遠天體的清晰圖像，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。探測器還配備了先進的光譜分析儀，通過分析天體發(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程。此外，旅行者號還攜帶著粒子探測器，用于測量太陽風(fēng)粒子以及星際空間中的高能粒子，這些數(shù)據(jù)對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，這對雙胞胎探測器就肩負著探索外行星的使命。它們先后飛掠木星、土星，旅行者 2 號還額外探訪了天王星和海王星，為人類送回了這些遙遠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。當行星觀測任務(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繼續(xù)前行，向著太陽系的邊界進發(fā)。在漫長的旅途中，旅行者號經(jīng)歷了多個關(guān)鍵階段。2004 年 12 月，旅行者 1 號抵達終止激波區(qū)域，這是太陽風(fēng)開始急劇減速的地方；到了 2012 年 8 月，它成功穿越日球?qū)禹敚竭M入星際空間。而旅行者 2 號也緊隨其后，在 2007 年跨越終止激波，并于 2018 年 11 月穿過日球?qū)禹數(shù)牧硪黄瑓^(qū)域。

這些探測成果意義非凡。從科學(xué)認知的角度來看，它們讓我們認識到日球?qū)硬⒎鞘且粋€簡單、靜態(tài)的邊界，而是一個復(fù)雜多變、充滿活力的區(qū)域。太陽風(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，太陽物質(zhì)的運動狀態(tài)發(fā)生著劇烈的變化，速度減慢甚至出現(xiàn)反向流動。而且，太陽活動的 11 年周期如同宇宙的脈搏，深刻影響著日球?qū)拥拇笮『托螤睿蛊涑尸F(xiàn)出周期性的膨脹與收縮，這一現(xiàn)象在探測器收集的數(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稍稍揭開。那里有著與太陽系內(nèi)部截然不同的環(huán)境，彌漫著銀河宇宙射線以及來自古老恒星死亡后的塵埃。這些發(fā)現(xiàn)讓我們對宇宙的演化和物質(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而古老的故事。

專家們對旅行者號的成果給予了高度評價。波士頓大學(xué)的空間物理學(xué)家 Merav Opher 感慨道：“以前我們總覺得自己對日球?qū)油α私?，可旅行者號這一路走下來，才發(fā)現(xiàn)我們知道的不過是冰山一角，它的復(fù)雜和動態(tài)遠超想象，這也讓我們明白，宇宙還有太多的奧秘等待我們?nèi)ネ诰颉！逼樟炙诡D大學(xué)的 Jamie Rankin 也指出：“在旅行者號突破日球?qū)禹斨埃覀冊诘厍蛏献龅哪切┯^測，其實都受到太陽各層的干擾和過濾，而現(xiàn)在它們送回的數(shù)據(jù)，就像是來自宇宙深處的純凈信息，為我們提供了全新的研究視角，讓我們對太陽與宇宙的關(guān)系有了更清晰的認識?！?/p>

但旅行者號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)家們爭論不休。而且，日球?qū)拥恼w形狀到底是什么樣的，目前還沒有一個確切的答案，它可能像拖著長尾巴的彗星，也可能像彎彎的羊角面包，甚至可能是一種我們從未設(shè)想過的形狀。

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

參考文獻：

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