一艘于1977年发射的探测器,经过超过200亿公里的航行,进入了一片高温区域,温度可能达到数万摄氏度。根据地球的常识,这样的环境应该会瞬间将其熔化,但旅行者一号却安然无恙,继续向地球发送信号。这一现象引发了人们的好奇:为什么在太阳系边缘会出现如此高温的区域?它挡住了什么?更为奇怪的是,在如此高温的环境中,旅行者一号为何没有遭受损害?这背后的真相在于一个不易察觉的事实:温度高并不代表热量多。
首先,我们需要澄清一个问题。旅行者一号并非像汽车撞上厚厚的火焰墙,而是穿越了太阳风与星际介质的交界处,其中包括终止激波、日鞘和日球层顶。媒体将高温、稀薄等离子体称为“火墙”,并不准确。太阳每秒都会释放大量带电粒子,形成一种称为太阳风的气流,它在地球附近的速度可以达到每秒几百公里,并将太阳磁场扩展形成一个大泡泡,即日球层。大多数太阳系天体包括八大行星均处于这个由太阳风主导的区域。
然而,太阳风并不会永远保持畅通无阻。太阳带着整个太阳系在银河系中穿行,外部的星际物质施加了压力。结果,超音速的太阳风在“终止激波”处骤然减速,随后进入紊乱的日鞘,最终到达日球层顶。旅行者一号在2004年穿越了终止激波,并在2012年达到了日球层顶,成为首个进入星际空间的人造物体。但这并不意味着它已飞出太阳系,更不是越过奥尔特云,它只是离开了太阳风主导的区域,开始接触由其他恒星影响的星际环境。
温度为何会在这一区域骤然升高?从微观角度来看,温度反映了粒子的平均运动能量。太阳风在边界处被压缩和减速,能量在粒子间重新分配,导致等离子体可以达到数万开尔文。尽管不同的模型和测量结果提供的数值有所不同,“5万摄氏度”可被视作一个大致范围。关键在于粒子密度:地球空气中一立方厘米的分子数量极多,而太阳系边缘的等离子体中,可能仅有零点几到几个粒子。
这些高速飞行的单个粒子虽温度极高,但数量稀少,撞击飞船的机会微乎其微,因此整体热量不足以对其造成伤害。可以将其想象为:一个是充满人的温水池,另一个是几颗高速飞行的火星。尽管火星的温度极高,但数量稀少,几乎不会对你造成影响;而温水虽然不烫,却能持续传递热量。
在国际空间站外部同样可能遇到极端的“温度”,但航天器的热设计更关注于太阳辐射、表面吸收及散热等因素。在真空中没有空气对流,即使周围环境温度标示为数万度,物体也未必会被烤熟。旅行者一号的温度主要由吸收的辐射、内部设备产生的热量以及向太空散发的热量决定。
旅行者一号决定自己是否越过了边界,主要依靠磁场、宇宙射线和等离子体波的数据。在2012年左右,从太阳来的低能粒子显著减少,而来自银河系的高能宇宙射线明显增多,随之而来的等离子体密度也符合星际空间的特征。
这道边界并不平滑且固定,太阳活动周期大约为11年,太阳风强度会变化,同时星际介质也并不均匀。日球层顶会受到太阳爆发的冲击波影响而变动。旅行者一号穿越此边界,就像用针刺穿气泡,只观察到局部现象。
日球层对子午的作用也至关重要。它像一张巨大的磁性防护网,能够偏转和减弱部分来自银河系的高能粒子。虽然并不能阻止所有宇宙射线,但没有这一气泡的保护,太阳系内部的辐射环境会截然不同。旅行者越过边界后,银河宇宙射线的测量随即上升。
不过,把日球层称为“太阳系的城墙”是夸大的。太阳的引力影响远远超出日球层顶,奥尔特云的范围可能达到数万甚至十万天文单位。旅行者一号当前的航行距离只有几百个天文单位,若以现有速度飞至奥尔特云远端,可能还需要几万年的时间。
它并不会朝特定目的地飞去。大约四万年后,旅行者一号将经过一颗恒星附近,但距离依然以光年计算。届时,能源会耗尽,天线失灵,飞船将化为在银河系中漂流的无人文物,金唱片上的声音或许再也没有人能放出。
目前,旅行者一号依托放射性同位素热电机供电,输出功率随着钚-238的衰变逐年下降。工程师们不断关闭不必要的设备,以保留有限的电力给科学仪器和通讯。它发出的信号极弱,抵达地球时几乎被宇宙噪声淹没,但仍能被深空网络的大型天线识别。
从旅行者的位置发出的无线电信号,需要超过20小时才能到达地球;地面发出的指令再返回确认,也近乎需要两天。没有实时监控或现场维修,许多组件已经运行了近半个世纪。它往返传回的每组数据,都是昨日下午科技的馈赠。
因此,“5万摄氏度的火墙”令人震惊的,不是飞船毫发无伤,而是宇宙中的温度与我们熟知的厨房截然不同。温度只反映了少数粒子的速度,而并不直接说明那里的热量有多少。高温却几近空无,这一组合在宇宙中相当普遍。旅行者一号没有撞上燃烧的墙,而是穿过了太阳影响和银河环境的漫长交界。
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