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旅行者2號遇到「火墻」阻擋,溫度達49427℃,人類飛不出太陽系?
2023/12/26

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    從很久以前的古代開始,人類雖然還沒有具備認清世界的能力,但已經充滿了對宇宙的好奇。西方占星學上有黃道12星座,即黃道十二宮,是對宇宙方位的代名詞,是人們描述太陽在天體上經過黃道的十二個被均分的區域。

    而在中國,古代的天文學家通過觀測日月五星的運行,根據在靠近黃道面時的觀察,將黃道附近的星象劃分出了28個星區,并稱之為28星宿,成為了中國傳統文化重要的組成部分之一,在天文、宗教、文化、術數等方面都有著廣泛的運用,有著極其龐大復雜的內容。

    中國可以說是世界上天文學起步最早的國家,很早就邁出了探索宇宙的第一步,中國古代漫長的封建社會中,最發達的四個自然科學,除了農學、醫學和數學以外,就是天文學。

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    早在公元前776年,中國的《詩經·小雅》就記錄了月偏食的存在,比古埃及最早月全食的記載要早了55年。甚至在公元前14世紀中甲骨文里,就存在著中國古人對于日珥的記錄。

    而到了現在,為了更進一步探索神秘的宇宙,人類已經向宇宙發射了多枚星際探測器,而其中兩個已經正式地進入了星際空間,踏上了邁向宇宙的腳步,它們就是1977年發射的旅行者1號和旅行者2號。

NASA發射的宇宙探測器位置

旅行者2號是一艘重達772千克的空間探測器,發射的時間其實早于旅行者1號,于1977年8月20日在美國肯尼迪航天中心升空,是在宇宙中飛行最遠的人造物之一。

    它原本叫作水手號,一開始是打算以水手號的任務作為基礎,探測火星、金星和水星,後來改變計劃改名為旅行者號,在旅行者1號發射不久,就將目標變成了探測距離更遠的木星和土星,隨著旅行者1號的腳步轉移了旅行的軌跡。

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    旅行者2號采用了核動力電池,也就是钚電池提供能量,在運行中利用重力輔助技術,就可以只用到很少量的推動劑,能夠以更少的時間飛躍行星。

    從1977年開始,旅行者2號的推進劑能夠運行到2025年后,然后因為電力不足而停止工作,也同時無法傳回具有重要意義的科學數據。

    為了能夠更好地研究宇宙天體,人類還在旅行者2號上裝了11個儀器,以便研究太空物體,并且通過噴氣推進實驗室的設計。

    旅行者2號推進劑的推進器采用了高增益天線,這是旅行者2號與地球通訊的一部分,它利用長達3.7米的天線通過深空網絡接收和發送數據,為地球傳送在宇宙飛行中拍攝到的畫面。

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旅行者探測器結構

    除此之外旅行者2號與1號一樣,身上帶著一張錄制了地球上54種語言問候的聲音和117張圖片的銅質鍍金激光唱片,還有著如何播放唱片的說明,以及含有地球位置的信息。

    人類試圖向未來可能攔截了旅行者號的外星智慧生物表達我們的善意,并提供我們的信息,與他們完成友好交流。

    旅行者2號是第一艘造訪了天王星和海王星的飛行器,也是唯一一艘研究太陽系四大巨行星的探測器。主要是因為當時其正處于一個176年一遇的行星幾何排列,所以能夠造訪四大巨行星及其衛星。

    旅行者2號給人們帶來了許多非常珍貴的真實資料,人們雖然通過望遠鏡對這個宇宙研究了幾個世紀,但對于這個世界的認知依舊沒有到位。

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    比如在人類觀察了很久的木星上,旅行者2號發現大氣層上面的大紅斑風暴實際上是逆時針方向轉動的風暴系統,此外還存在著其他相對較細小的風暴和漩渦。

旅行者2號發現木星表面特征

    通過旅行者2號,人類在木衛一上發現了依然活躍的火山活動,總共觀測并記錄下來了上面九座火山的爆發。

    而木星周圍的環和衛星們都處在磁場中,上面的粒子和磁場又組成了木星的磁圈,還會隨著木星的轉動而移動,并且在碰到木衛一的同時每秒會刮去1公噸的物質。

    而這些離開衛星的物質會變成一個環形的離子云,有些向外移動擴充木星的磁場外表,而當木衛一來到磁場時,就會發出40萬伏特的電壓,并生成300萬安培的電流。

    1981年旅行者2號接近了土星,對土星的大氣層進行了探測,并且對上面的氣溫和密度等進行了測量,對人類研究土星提供了非常重要的數據支撐。

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    完成了對木星和土星的觀測,旅行者2號繼續前進,并在1986年成功探測到了天王星的大氣層和行星環系統,發現了天王星實際上擁有著磁場。

    并且它的輻射帶像土星一樣密集,導致光線會把被困在衛星或者環里的甲烷顏色在10萬年的時間內變暗,這也是為什麼天王星及周圍的衛星和環看起來是灰色的。

    1989年,旅行者2號來到了最后一顆能夠造訪的行星——海王星,人類在上面發現了大暗斑,并且發現海王星上的海衛一是太陽系中,唯一一顆運轉方向與行星自轉相反的大衛星。

    經過探測,人類認為海衛一上面可能有著液氮的海洋和冰湖,表面溫度大約為零下240℃,是太陽系中已知的最冷的天體,上面還有三座冰火山,會噴出冰凍的甲烷和氮冰微粒。

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海衛一

    并且在途中,旅行者2號還發現了海王星的16顆新衛星,為人類了解海王星做出了非常重要的貢獻。

    此后,旅行者2號的探訪行星任務完結,踏上了探索宇宙的道路。

    2008年11月,旅行者2號已經在宇宙中旅行了40年了,從傳回來的數據顯示,它已經來到了日光層的邊緣,也就是太陽風粒子能夠到達的最遠點,距離地球大約180億公里。

    如果是按照太陽風粒子能夠到達的地方和影響的范圍來估算太陽系的大概位置,那麼旅行者2號已經成功來到了太陽系的邊緣。

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旅行者2號在日光層邊緣

    然而神奇的是,在這個邊緣的宇宙空間里存在一個溫度高達49427℃的等離子屏障,如同一道「火墻」一般佇立著。

    事實上,在旅行者2號來到這片「火墻」之前,旅行者1號從不同的方向經過了這個區域,然而由于儀器設備不同,旅行者2號有著可以專門監測太陽粒子,和觀測其他的宇宙射線的相關設備,所以科學家們能夠通過傳送回來的各種數據分析2號遇到的情況,但是1號發回的數據并沒有引起人們的注意,也是因為沒有監測設備。

    科學們經過分析認為,這一道火墻是太陽風粒子和來自太陽系以外的宇宙輻射以及星際離子之間發生了高速碰撞的結果。

「火墻」

    太陽活動產生的高能輻射粒子通過太陽風的方式向四周擴散,有些被天體吸收,或者被其中的磁場反彈、聚集,沒有被吸收的則沿著新路線,一直到太陽引力范圍下所能到達的最遠處。

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    而在這個過程中,粒子的能量也會受到相應的減弱,與外系的星際粒子互相對沖抗衡,形成一道嚴密的「高能粒子墻」,抵擋了宇宙的70%致命輻射射線,將太陽系與宇宙空間分割開,保護太陽系內部的天體不會被這些輻射攻擊。

    而這座火墻溫度能夠高達49427℃,也是因為里面的輻射粒子運動的速率太快。溫度是人們經常用來衡量微觀粒子運動的程度,根據熱力學的知識,微觀粒子運動的速率越快,表現出來的溫度就越高。

高溫分子運動強烈

    按理來說在如此高溫的情況下,旅行者2號在靠近后,會因為溫度過高而發生氣化現象,導致灰飛煙滅。

    然而事實上,雖然宇宙輻射粒子的速率很快,但是在距離180億公里的星際中,這里的物質密度非常低,聚集在一起的粒子數量很少,因此無法形成阻力很強的屏障,旅行者2號實際受到的熱量沖擊也是很小的,如同一堵泡沫墻面,輕松順利地穿了過去。

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2018年12月10日,旅行者2號已經成功飛離太陽風層,在旅行者1號以后,成為了第二個進入星際空間的探測器。

太陽圈

    雖然跨越了「火墻」,看似邁入了探索宇宙的步伐,但是對于宇宙而言,它其實并沒有離開地球太遠,甚至仍然處在太陽系中,與宇宙動輒光年的距離相比,旅行者長達40多年的旅程實在是如同蜉蝣撼樹,滄海之一粟罷了。

    我們認為的太陽系的邊界,其實是太陽風送達的粒子所能到達的地方,目前來說太陽系的邊界其實是一個名為奧爾特云的小天體聚集區,旅行者2號飛入這里還需要大約300年的漫長時間,而飛出這個區域則要花費更加漫長的時間,需要3萬年。

    按照人類現有的科技水平來說,想要離開太陽系,速度是其中最大的阻礙。

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以太陽系有效的引力范圍來看,如果按照旅行者1號和2號的速度,太陽系的半徑距離2光年,速度為每秒14公里,那麼想要離開太陽系,至少需要2萬年的時間,這對于人類來說是完全無法做到的事情。

太陽系

    此外,宇宙中是有著非常多的輻射射線存在的,我們還需要研究怎麼才能讓人體承受太陽系之外的高強度輻射。

    我們的宇航員在離開地球時,就要十分注意輻射對人體的影響,有科學家表明,銀河系的宇宙輻射會導致人體產生非常嚴重的腫瘤。

    同時,人的身體是非常脆弱的,需要各種營養物質提供身體所需的能量來保持身體的健康和活力,每天要補充數百種微量元素,對環境的要求也非常高,溫度不能過高也不能過低,否則就會對人體造成影響。

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宇宙輻射

    而我們應該都知道,力的作用是相互的,如果人類想要飛出太陽系,就要需要將這些能量返還給宇宙。

    比如發射火箭、探測器等,這些都需要相應的、能夠支撐飛行足夠距離的燃料作為動力,同時我們想要加速或者改變運動方向,也是需要消耗能量的。

    而我們發射火箭等航天器的時候會消耗掉大量的能量,首先就要先克服大氣層的阻力。「火箭方程式的暴政」就說明了人類能夠發射進入太空的物質的重量是有限制的,想要飛出太陽系,就需要大量的能量,以及限制人數。

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航天器

    人類目前的航空技術還無法支撐飛出太陽系的偉大愿望,甚至人類的腳步還沒有踏上火星的地表。

    航行了40多年的旅行者2號用在為人類帶來了大量宇宙數據的同時,也在告訴著我們,人類短時間內并不能飛出太陽系。

    更何況那道保護了太陽系內部免受輻射侵害的火墻,只能說明無生命體可以無障礙穿過,但是人體能否承受得住,誰都無法說明。

    想要走上宇宙,首先克服的,還有速度的問題。目前人類發明的飛船速度還太慢了,而人類的壽命只有短短的100年,這還是在沒有病痛等的外部影響下的情況。人類還需要不斷發展科技,才能慢慢靠近飛越太陽系的夢。

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