太空探索：太陽系以外的神奇世界 “旅行者”號為你揭開秘密

襤褸布衣雙魚

太陽及其行星形成的太陽圈與星際空間的星際物質相碰撞時會產生弓形激波。

太陽系之外的星際空間對於地球上的人類一直是神秘的黑暗真空，其秘密現在終於被首批離開太陽系的人造物體——兩艘無畏的宇宙飛船所揭開。

太陽系的邊緣，遠離太陽的保護，似乎是一個寒冷、空曠、黑暗的地方。很長一段時間，人類一直以為，太陽系及離我們最近的恒星之間的這片廣闊空間是一個可怕的虛空。

直到最近，太陽系的邊緣還是人類只能從遠處窺視的神秘太空。天文學家對此往往也是匆匆掠過，寧願將望遠鏡對准鄰近的恒星、星系和星雲等發光的物質上。

但過去幾年間，20世紀70年代建造並發射的兩艘航天器已飛到了我們稱之為星際空間的這個陌生區域，傳回的影像讓我們首次瞥見這個神秘空間的真面目。作為首批離開太陽系的人類建造物體，兩艘航天器正在探索遠離地球數十億英裏的未知領域。在此之前還沒有任何宇宙飛船飛到如此遙遠的太空。

兩艘航天器還揭示出，在我們太陽系的邊界之外，存在著一個雖然肉眼看不見，但物質卻相當活躍、混沌而激蕩的區域。

研究太陽系外圍區域的新西蘭基督城坎特伯雷大學的天文學家米歇爾·班尼斯特（Michele Bannister）說，“觀察電磁波譜的不同部分，你會發現，那部分空間與我們肉眼看到的黑暗大不相同。在這裏，電磁現象相互作用，相互推動，相互糾纏激蕩，非常活躍。你可以想象一下尼亞加拉瀑布急沖而下形成的湍急河水。”

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但與尼亞加拉大瀑布下奔湧翻滾的水不同，太陽系外圈的湍流是太陽風的結果。所謂太陽風，是太陽持續噴射到太陽外圍的超高速帶電粒子流，或稱等離子流，在到達太陽系邊緣時會減速崩潰，混合到在星系間流動的氣體、塵埃和宇宙射線，即所謂“星際介質”之中。

在過去的一百年，主要依靠射電望遠鏡和X射線望遠鏡的觀察，科學家們已經勾畫了一幅關於星際介質的組成圖片，揭示了星際介質是由極度分散的電離氫原子、宇宙塵和宇宙射線，以及密度很大的星際分子雲所組成。分子雲是新的恒星誕生之所。我們的太陽系就是45億年前一個巨大的分子雲坍塌形成。

但在我們太陽系之外的星際介質的確切性質在很大程度上一直是個謎，主要是因為整個太陽系，即太陽及其八大行星，和一個稱為柯伊伯帶的極其遙遠的微型天體密集圓盤狀區域，都被包裹在一個巨大的由太陽風形成的保護泡中，這個如同氣球一樣的泡泡被稱為太陽圈（heliosphere，也翻譯為日球層）。當太陽帶著其行星在銀河系快速運動時，這個太陽風形成的大氣泡就像一塊無形的盾牌一樣抵擋著星際介質，把大多數有害的宇宙射線和其他物質擋在了太陽系外面，保護了地球的生命。

但太陽圈（日球層）救命的特性也讓研究這個氣泡之外的星際空間變得更加困難。甚至從我們所處的太陽系內部也很難確定太陽圈的大小和形狀。

約翰?霍普金斯大學應用物理實驗室的博士後研究員艾倫娜?普洛沃尼科娃（Elena Provornikova）說，“這就像你在自己的家裏，想知道房子是什麼樣子，必須到外面去看一看，才能真正判斷出來。要知道太陽圈到底是什麼樣，唯一方法是走出太陽系，然後回頭看，要從太陽圈之外去拍攝它的圖像。”

這可不是一項簡單的任務。與整個銀河系相比，我們的太陽系就像比漂浮在太平洋中央的一粒米還要小的東西。然而，太陽圈（日球層）的外邊緣仍然是非常的遙遠，以至於兩艘航天器“旅行者1號”和“旅行者2號”從地球起飛後，花了40多年時間才到達這裏。

以較直的路線穿過太陽系的旅行者1號在2012年率先進入星際空間，接著旅行者2號在2018年也進入星際空間。目前，兩個航天器分別離地球約130億英裏和110億英裏，還在繼續向外飛離，進入離太陽系更遠的外太空。兩艘航天器在飛離太陽系之同時，也發回地球更多數據。

如一輛汽車大小的兩艘旅行者號航天器在1977年發射升空，現正從遠離太陽系的星際空間向地球發回探測數據。

這兩個已經“年逾不惑”的太空探測器揭示了太陽圈和星際介質之間的邊界的真面貌，這為我們了解太陽系是如何形成的以及地球上生命何以能夠存在提供了新的線索。實際上，我們太陽系的邊緣並不是一個清晰的邊界，而是攪動著旋轉的磁場、碰撞的恒星風暴、高能粒子風暴和旋轉輻射的活躍混沌帶。

太陽圈氣泡的大小和形狀會隨著太陽風輸出的變化而改變，也會隨著太陽系穿越星際介質的不同區域而改變。當太陽風上升或下降時，也會改變太陽圈氣泡所受到的外在壓力。

2014年，太陽的活動激增，生成了一場席卷行星際空間的太陽風暴。風暴以每秒800公里的速度首先沖擊水星和金星。兩天之後，穿越1億5千萬公里，太陽風暴包圍了地球，但很幸運的是，我們地球的磁場能夠阻擋太陽風，保護地球生命免受太陽風的強大輻射破壞。

一天後，這波強大的太陽風暴從火星呼嘯而過，穿過小行星帶，朝著遙遠的氣態巨行星（木星、土星、天王星）而去。兩個多月後，又撲向海王星，海王星的軌道距離太陽近45億公里。

經過6個多月的時間，這股太陽風暴終於到達了距離太陽130多億公里，被稱為“終端激波”的空間。在這裏，推動太陽風的太陽磁場已變得很微弱，以至於星際介質的壓力與太陽風相互作用，使得風暴速度減緩。

到達終端激波帶的太陽風暴速度減慢到不及之前的一半，猶如大西洋颶風減弱為熱帶風暴。2015年底，這場太陽風暴追上了體積如一輛小型汽車、形狀不規則的旅行者2號。旅行者2號中由緩慢衰變的鈈電池驅動、“高齡”四旬的感應器勘測到了這場太陽風暴，發現太陽風等離子體量暴增。

然後探測器將數據傳回地球，即使是以光速傳輸，也要花18個小時才能到達地球。天文學家之所以能收到旅行者號的信息，多虧了巨大的70米高的碟形衛星陣列和先進的技術，這些技術在旅行者號1977年離開地球時是還是無法想象的，更不用說發明了。