旅行者2号遭遇“火墙”阻挡,温度达4万度,人类飞不出太阳系?

迄今为止,人类共向宇宙空间中发射了5颗星际探测器(也叫深空探测器),它们分别是1972年发射的先驱者10号、1973年发射的先驱者11号、1977年发射的旅行者1号和2号、2015年发射的新视野号探测器。在这其中,大家更为熟悉的应该是旅行者1号,因为它是目前为止距离地球最遥远的探测器(虽然旅行者2号率先发射,但1号“后来居上”)。不过旅行者2号的功劳并不比1号少,而且通过它传回的数据,还让科学家们知道了一个重大的事实。

旅行者2号的轨迹

旅行者2号于1977年8月20日,在美国肯尼迪航天中心顺利发射升空。在随后的9月份,旅行者1号也发射升空。其实,一开始旅行者2号并不是叫这个名字(按照常理,先发射的肯定不能称为2号,应该是1号才是),而是作为以探测火星、金星和水星为主要目标的“水手计划”的一员,名字都起好了叫“水手2号”。不过后来计划有变,待旅行者1号发射后没多久,将“水手2号”的探测目标更改为探测遥远的木星和土星,因此跟随旅行者1号的脚步,以“旅行者2号”的身份转移了运行轨迹。

旅行者2号遭遇“火墙”阻挡,温度达4万度,人类飞不出太阳系?

旅行者2号和1号,分别以不同的运行路线来到木星和土星的轨道,对这两颗行星及卫星开展了深入的探测。由于2号的加入,1号身上的担心一下子轻了,因此1号在探测完木星和土星后,就按照人类下达的指令,利用引力弹弓效应直接飞向了太阳系的边缘,从而将太阳系边缘的其它行星以及柯伊伯带控制的任务留给了2号。

旅行者2号在探测完成木星和土星后,也利用引力弹弓效应,从土卫六上飞往天王星和海王星,分别于1986年和1989年完成了对两颗行星的探测。正是通过旅行者2号的探测,使得两颗遥远的太阳系行星表面状态、海王星表面神秘大黑斑等情况,直接呈现在了世人面前,同时旅行者2号还在沿途发现了太阳系行星的16颗新卫星,成为迄今为止探测行星和卫星数量最多的探测器。

旅行者2号遭遇“火墙”阻挡,温度达4万度,人类飞不出太阳系?

2008年,旅行者2号传回的数据表明,它已经到达了日球层的边缘,也就是太阳风粒子能够到达的最远之处,如果按照太阳粒子所能影响到的范围来衡量太阳系的大小,那么此时的旅行者2号已经来到了太阳系的边缘。让科学家感到惊奇的是,此时旅行者2号传回的数据,显示出所经过的宇宙空间,温度高达4万多摄氏度,就像到达了一个被“火墙”围住的空间。

旅行者2号遭遇“火墙”阻挡,温度达4万度,人类飞不出太阳系?

这个“火墙”到底是什么?

其实,在2018年旅行者2号到达这个“火墙”区域之前,旅行者1号也抢先一步到达这个范围(只是方向不一样),但由于1号和2号所携带的仪器设备有所不同,当时传回的数据并没有引起科学家的关注。2号探测器上由于携带了可以专门用来监测太阳粒子以及捕捉其它宇宙射线的设备,所以传回的数据通过地面控制中心分析,继而判断出了2号行进路线中的各种情况。而“火墙”产生的区域,距离地球约为180亿公里。

通过科学家们的深入分析,认为这个“火墙”是由太阳风粒子与来自外界的星际辐射粒子相互“碰撞”所产生的。从太阳发生的高能粒子,以“太阳风”的形式向宇宙空间的四面八方扩散,当有天体在行进的路线上时,这些高能粒子要么直接被吸收,要么被天体磁场引导反弹或者在磁两极聚集。没有被吸收的部分,则会以新的线路继续传播,直至来到太阳系的边缘。

旅行者2号遭遇“火墙”阻挡,温度达4万度,人类飞不出太阳系?

随着高能粒子与太阳距离的逐步加大,粒子的能量密度会随之减弱,当到达一定程度之后,就会与来自太阳系外的星际粒子势均力敌,从而在“对冲”的作用下,大量粒子在这个区域内发生“聚集”,形成了一道“高能粒子墙”,包裹在太阳系的外围区域。科学家将这个区域命名为“太阳风层”,这是太阳高能粒子所能到达的最远边界。

正是由于这一堵“墙”的存在,使得来自太阳系之外的星际高能粒子,很难侵入到太阳系的内部,科学家估测大约有70%的星际辐射粒子被挡在“墙外”,对太阳系内特别是地球磁场和大气层的稳定、生命的形成和发展起到了重要的保障作用。

如此的高温,旅行者2号没事吧?

在正常的情况下,4万多摄氏度的温度的确是非常高的温度,比如太阳表面的温度才6500摄氏度,科学家们推测,如果飞行器在接近太阳一定距离后,会因高温在短时间内发生气化现象。那么,旅行者2号穿越这一道4万多摄氏度的“火墙”,是不是灰飞烟灭了呢?

当然不是。我们可以从温度的概念来解释:温度是人们用来衡量微观粒子运动剧烈程度的一个物理量,也就是说微观粒子运动速率越快,那么表现出来的温度就越高,也就是说当100个粒子和1000个粒子运动速率完全一样时,那么表现出来的温度是一样的,但是从整体来看,1000个粒子构成的系统所具有的总能量,肯定要比100个粒子的系统高。这与我们能够在60度的汗蒸房里扛上挺长时间,而到60度的热水中就很难坚持,是一样道理。

旅行者2号遭遇“火墙”阻挡,温度达4万度,人类飞不出太阳系?

在180亿公里处,星际空间中的物质密度极低,即使微观粒子的运动速度很快,但由于数量非常少,所以“搞不起什么波澜”来,形成不了实质意义上的“屏障”,所以旅行者2号所受到的“热量冲击”其实是非常小的。这也从2018年年底,地面继续接收到来自2号发回的信息,此时的数据显示周围环境中的辐射粒子浓度,已经大幅下降,表明2号已经顺利、安全地穿过了太阳风层这个“火墙”。

人类能挣脱太阳系“牢笼”吗?

由此可见,包裹住太阳系的“火墙”,根本束缚不住深空探测器的行进,当然更阻挡不了人类深空探测的脚步。但是,从目前人类的科学技术水平看,速度是人们向太阳系外迈出脚步最大的瓶颈问题。

如果以太阳系有效的引力范围来看,太阳系的半径为2光年,而以目前旅行者1号和2号平均每秒14公里的行进速度,要脱离太阳系范围,从地球算起至少需要2万年的时间,人类寿命区区不过百年,如果按照这个速度行进的话,想要走出太阳系绝无可能。

旅行者2号遭遇“火墙”阻挡,温度达4万度,人类飞不出太阳系?

除非我们对探测器和飞船的动力系统进行革新,近期以可控核聚变为能量输入,理论上可以将燃料推进式载荷速度提升到光速的10%,届时突破太阳系只需要20年,但是何时能够实现能量输出大于能量输入的可控核聚变技术,还不能确定,但是应该不会太久。

但是,如果以这个技术来进行星际旅行的话,速度还是太慢,比如到达最近的恒星-比邻星,需要80多年,到达天狼星需要17年,到达织女星需要54年。银河系的直径在20万光年,如果我们要飞出银河系,以这个速度显然仍是“龟速”。

因此,宇宙空间的宏大,是任何时候的我们都不能想象的,然而,正是这种对未知领域的渴求,成为不断推动人类科技和文明提升的根本动力。

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