9月5日，“旅行者1號(hào)”迎來(lái)了40歲生日。1977年在美國(guó)佛羅里達(dá)發(fā)射升空后，它對(duì)木星和土星展開(kāi)了探測(cè)，而后向宇宙深處進(jìn)發(fā)。
地球與太陽(yáng)相距1.5億公里，天文學(xué)家將它稱(chēng)作1個(gè)天文單位。在40年的時(shí)間里，“旅行者1號(hào)”已經(jīng)飛過(guò)約140個(gè)天文單位。該如何看待這個(gè)距離?有報(bào)道稱(chēng)，“旅行者1號(hào)”早已飛出太陽(yáng)系。但意見(jiàn)并不統(tǒng)一。有人認(rèn)為這個(gè)距離不到太陽(yáng)系半徑的1/400，飛出太陽(yáng)系還需30000年。
太陽(yáng)系的邊界到底在哪?太陽(yáng)系到底有多大?
以行星軌道為界，海王星運(yùn)行在最邊緣
美國(guó)國(guó)家航空航天局(NASA)曾經(jīng)表示，太陽(yáng)系的邊界有三種定義方式，其中之一是以行星軌道為界。按照這種定義，人類(lèi)眼中的太陽(yáng)系是逐漸增大的。
十七世紀(jì)，哥白尼提出的日心說(shuō)逐漸被觀測(cè)所證實(shí)。人們開(kāi)始意識(shí)到，太陽(yáng)周?chē)@轉(zhuǎn)著許多顆行星，地球不過(guò)是其中之一。在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)，土星是人們能看到的最遠(yuǎn)行星，也代表著太陽(yáng)系最遠(yuǎn)的疆域。
1781年，熱忱的天文觀測(cè)者赫歇爾通過(guò)觀測(cè)確認(rèn)，天王星是太陽(yáng)系的第七顆行星，雖然之前的觀測(cè)者已經(jīng)多次觀測(cè)并記錄過(guò)這個(gè)天體。這一發(fā)現(xiàn)，將太陽(yáng)系的范圍擴(kuò)大了一倍。
隨后，海王星、冥王星被逐一發(fā)現(xiàn)，更新著人們對(duì)太陽(yáng)系的認(rèn)識(shí)。如果以行星軌道來(lái)界定太陽(yáng)系邊界，人類(lèi)目前所知的太陽(yáng)系最大不過(guò)如此。
在冥王星被踢出行星大家族之后，海王星是目前已知距離太陽(yáng)最遠(yuǎn)的行星，它運(yùn)行在距離太陽(yáng)30個(gè)天文單位的軌道上。早在1990年，“旅行者1號(hào)”便飛過(guò)這顆行星的軌道，并發(fā)回了地球照片。抵達(dá)這一距離的探測(cè)器也不僅僅是“旅行者1號(hào)”和 “旅行者2號(hào)”。比如“新視野”號(hào)早已探訪過(guò)冥王星，目前正飛往柯伊伯帶的小行星。
但這種定義方法的缺點(diǎn)顯而易見(jiàn)?！霸诤Ｍ跣堑能壍乐猓€有很多天體，比如彗星、小行星。如果不是太陽(yáng)系成員，它們又是什么?”南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授陳鵬飛說(shuō)。
而且，用這種方法來(lái)定義太陽(yáng)系邊界也有很大的不確定性。2006年，冥王星被降級(jí)為矮行星，太陽(yáng)系的范圍瞬間縮減。另外一方面，充滿(mǎn)好奇心的科學(xué)家并不滿(mǎn)足于太陽(yáng)系只有八顆行星。他們寄望于長(zhǎng)期的觀測(cè)和先進(jìn)的技術(shù)能發(fā)現(xiàn)太陽(yáng)系第九大行星。一旦成功，太陽(yáng)系的邊界也將再次改變。
以太陽(yáng)風(fēng)為界，日球?qū)禹敯?yáng)系
2013年秋季，世界各大媒體爭(zhēng)相宣布一個(gè)消息：“旅行者1號(hào)”飛出了太陽(yáng)系。這時(shí)人們眼中的太陽(yáng)系是日球?qū)禹斠詢(xún)?nèi)的空間。人們以太陽(yáng)風(fēng)的范圍為標(biāo)準(zhǔn)，定義太陽(yáng)系邊界。
恒星之間的空間并非空無(wú)一物，而是充滿(mǎn)了低溫的星際介質(zhì)粒子。太陽(yáng)會(huì)不斷向外吹出帶電粒子，稱(chēng)為太陽(yáng)風(fēng)。所謂日球?qū)樱翘?yáng)風(fēng)發(fā)生作用的最大范圍。當(dāng)高速的太陽(yáng)風(fēng)粒子與星際介質(zhì)粒子相遇時(shí)，會(huì)將其向外推開(kāi)，自身也逐漸減速，直至無(wú)力與星際介質(zhì)粒子抗衡。形象地說(shuō)，日球?qū)泳秃孟裉?yáng)風(fēng)向外吹出的一個(gè)氣泡，日球?qū)又畠?nèi)充滿(mǎn)了太陽(yáng)風(fēng)粒子，在它之外則是由星際介質(zhì)粒子主宰的星際空間。而日球?qū)拥淖钔鈱舆吔绫环Q(chēng)為日球?qū)禹敗?div id="moiyehiw" class='imgcenter'>
“由于太陽(yáng)以220公里/秒的速度在銀河系中運(yùn)動(dòng)，日球?qū)硬⒎菍?duì)稱(chēng)的球形，”陳鵬飛說(shuō)，在太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)方向的日球?qū)幼畋?，約為100天文單位，在太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的反方向這一厚度能達(dá)到500天文單位以上?！啊眯姓?號(hào)’正是沿著太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)的方向飛行，穿越了日球?qū)禹敗！?/p>
2012年8月和2013年4月，“旅行者1號(hào)”記錄下2次太陽(yáng)風(fēng)粒子與星際介質(zhì)粒子的劇烈相遇?？茖W(xué)家由此推測(cè)出太陽(yáng)風(fēng)粒子濃度相較于2004年已下降1000倍，星際介質(zhì)粒子密度則上升了40多倍。在經(jīng)過(guò)反復(fù)模型推演后，NASA于2013年9月12日宣布，“旅行者1號(hào)”已經(jīng)穿越了日球?qū)禹敗?/p>
雖然NASA很謹(jǐn)慎地指出，關(guān)于太陽(yáng)系邊界有多種定義方式，因此“旅行者1號(hào)”的行為可以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)孛枋鰹檫M(jìn)入星際空間，而不是飛出太陽(yáng)系。但對(duì)此，仍有不買(mǎi)賬的科學(xué)家。他們時(shí)不時(shí)地發(fā)表論文表示異議。因?yàn)轱w出太陽(yáng)日球?qū)印⑦M(jìn)入星際空間有三個(gè)條件：來(lái)自太陽(yáng)的帶電粒子數(shù)量急劇下降、星際介質(zhì)粒子的數(shù)量急劇增多，以及磁場(chǎng)方向的偏轉(zhuǎn)。很遺憾，“旅行者1號(hào)”始終沒(méi)有探測(cè)到磁場(chǎng)方向的偏轉(zhuǎn)。
“沒(méi)有探測(cè)到磁場(chǎng)方向的偏轉(zhuǎn)并不能否定‘旅行者1號(hào)’飛出日球?qū)?。太?yáng)相對(duì)星際介質(zhì)的運(yùn)動(dòng)速度比預(yù)想的小，也許不足以在日球?qū)禹敭a(chǎn)生激波。這導(dǎo)致磁場(chǎng)方向在日球?qū)禹敻浇徛兓皇且郧安聹y(cè)的劇烈變化?！标慁i飛說(shuō)。因此，如果將日球?qū)禹斪鳛樘?yáng)系的邊界，根據(jù)“旅行者1號(hào)”的測(cè)量，太陽(yáng)系的邊界在距離太陽(yáng)100天文單位之遙。
以引力范圍為界，奧爾特云是最遙遠(yuǎn)的疆域
更多的天文學(xué)家愿意根據(jù)太陽(yáng)的萬(wàn)有引力來(lái)定義太陽(yáng)系邊界。也即如果一個(gè)天體主要受到太陽(yáng)引力的作用，圍繞太陽(yáng)運(yùn)動(dòng)，那么它就是太陽(yáng)系天體。按照這個(gè)標(biāo)準(zhǔn)，太陽(yáng)系八大行星、日球?qū)右约斑b遠(yuǎn)的小行星與彗星都在太陽(yáng)系范圍內(nèi)。
但太陽(yáng)引力發(fā)生作用的最后邊界在哪里?“在太空中某一地方，太陽(yáng)引力和臨近恒星的引力會(huì)達(dá)到平衡，這里便是太陽(yáng)系的邊界。”南京大學(xué)天文與空間科學(xué)學(xué)院教授周禮勇說(shuō)。
1950年，荷蘭天文學(xué)家?jiàn)W爾特提出，在太陽(yáng)系遙遠(yuǎn)的疆域有一片冰冷的“云團(tuán)”，孕育著1000億顆長(zhǎng)周期彗星。它被稱(chēng)作奧爾特云，一直延續(xù)到距離太陽(yáng)50000—150000天文單位的區(qū)域。這里是太陽(yáng)引力束縛天體作圓周運(yùn)動(dòng)的最后區(qū)域，也即太陽(yáng)系邊界?！奥眯姓?號(hào)”需要30000年飛出太陽(yáng)系，正是基于“旅行者1號(hào)”每年約3.5天文單位的飛行速度以及奧爾特云延伸至100000天文單位的假設(shè)。
奧爾特云過(guò)于遙遠(yuǎn)，沒(méi)有探測(cè)器到過(guò)這里，更沒(méi)有人見(jiàn)過(guò)它。但這并不意味著，它完全是想象。
天文學(xué)家把從柯伊伯帶向外到10000天文單位左右的空間稱(chēng)為內(nèi)奧爾特云?！斑^(guò)去天文學(xué)家認(rèn)為內(nèi)奧爾特云是空的。但隨著觀測(cè)手段的提升，發(fā)現(xiàn)并非如此?！敝芏Y勇說(shuō)，2003年科學(xué)家發(fā)現(xiàn)小行星賽德娜，它與太陽(yáng)最近的距離是76天文單位，但由于軌道很扁，遠(yuǎn)日點(diǎn)接近1000天文單位，位于內(nèi)奧爾特云區(qū)域?！跋襁@樣的天體至少已經(jīng)看到10多個(gè)，而實(shí)際上會(huì)更多?！?/p>
如果將奧爾特云視作太陽(yáng)系的邊界，我們永遠(yuǎn)無(wú)法看到“旅行者1號(hào)”飛出太陽(yáng)系的那一天。因?yàn)閿y帶的同位素電池僅有40多年的壽命，“旅行者1號(hào)”將從2020年開(kāi)始逐漸關(guān)閉所搭載的儀器。2025年，它將關(guān)閉所有的儀器，切斷與地球的聯(lián)系。
但140個(gè)天文單位的飛行距離，已經(jīng)讓它躋身人類(lèi)飛得最遠(yuǎn)的探測(cè)器。而“旅行者1號(hào)”攜帶的“地球之音”光盤(pán)刻有人類(lèi)文明的種種信息，特殊處理讓它足以抵御10億年時(shí)光的侵蝕。
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