2018年12月，美國國家航空航天局(NASA)的“旅行者2”號(Voyager 2)航天器追隨其姊妹“旅行者1”號的步伐，挺進星際空間，實現(xiàn)了這一歷史性的壯舉。

據(jù)美國太空網(wǎng)1月30日報道，目前業(yè)已發(fā)射的航天器中，只有5艘能邁出如此大的步伐，有實力進入星際空間。除了大名鼎鼎的“旅行者”號姊妹花外，其他3艘分別為“先驅(qū)者10”號(Pioneers 10)、“先驅(qū)者11”號(Pioneers 11)以及“新視野”號(New Horizons)。那么，哪艘航天器會率先進入星際空間呢?

根據(jù)這3艘航天器目前的行進速度、與地球和太陽的距離，如果日光層的變化保持穩(wěn)定，“先驅(qū)者11”號將在2027年穿過日球?qū)禹?日光層像氣泡，日球?qū)禹斒侨展鈱拥倪吘?，進入星際空間。

太陽系的邊界在哪

到達星際空間是一個里程碑，從某種程度上講，可以被認為離開了太陽系。1990年2月23日，于1973年發(fā)射的“先驅(qū)者11”號成為第四艘飛越海王星軌道的航天器(1972年發(fā)射的“先驅(qū)者10”號于1983年做到這一點)，當(dāng)時《紐約時報》稱，“先驅(qū)者”號航天器飛越海王星軌道，意味著它們離開了太陽系。

然而，參與“旅行者2”號任務(wù)的科學(xué)家可不這么看。相反，最近的測量結(jié)果認為，穿過太陽的日球?qū)禹?太陽風(fēng)層頂)——日光層的理論邊界，是進入星際空間的決定性標(biāo)志。日光層是由太陽產(chǎn)生的帶電粒子組成的“氣泡”，科學(xué)家用它來標(biāo)記星際空間的起點。

但日光層非常復(fù)雜，其會隨著太陽22年的周期變化，隨著太陽風(fēng)而不斷變小和變大，并向太陽行進方向的后方伸展。所以，從地球上很難對日光層進行測量。目前，NASA的“星際邊界探測器”(IBEX)任務(wù)正在努力確定這一“氣泡”的邊界在何處。

當(dāng)“旅行者1”號和“旅行者2”號穿過日球?qū)禹敃r，它們上面搭載的粒子儀器仍正常運行，觀測數(shù)據(jù)表明，它們已經(jīng)穿越了這一氣泡區(qū)域。但還有研究人員認為，太陽除了被日光層包圍之外，也被奧爾特云(Oort Cloud)所包圍，奧爾特星云是一片由冰凍天體組成的區(qū)域，據(jù)估計，其范圍從1000AU(天文單位，等于地球和太陽之間的距離，約1.5億公里)到10萬AU不等，遠遠超出日球?qū)禹敗Ｒ虼耍?ldquo;旅行者”號航天器不算是完全飛出了太陽系。

“先驅(qū)者11”號或捷足先登

除了“旅行者”號外，未來哪艘航天器會捷足先登，進入星際空間呢?

由于日光層不斷變化，所以科學(xué)家也很難說出“先驅(qū)者10”號、“先驅(qū)者11”號何時會進入星際空間，只能根據(jù)現(xiàn)有數(shù)據(jù)進行推斷。

據(jù)NASA的《超越地球：深空探測編年史》書中記載，截至2017年11月5日，“先驅(qū)者10”號距離地球約118.824AU，是除“旅行者1”號以外距離地球最遠的航天器。然而“先驅(qū)者11”號和“旅行者”號正朝著太陽行進的方向前進，“先驅(qū)者10”號正朝著太陽的尾側(cè)方向前進。2017年的研究指出，日光層的尾部距離太陽約220AU。由于“先驅(qū)者11”號每年的行程約為2.5AU，因此，“先驅(qū)者10”號可能要到約2057年才能到達這個不斷變化的太陽系邊界。

該書還指出，截至2017年11月5日，“先驅(qū)者11”號距離地球約97.6AU。與它的雙胞胎“先驅(qū)者10”號不同，這一航天器的行進方向與“旅行者”號大致相同。“旅行者2”號在距離地球約120AU時進入星際介質(zhì)。由于“先驅(qū)者11”號以每年2.3AU的速度飛行，假設(shè)太陽系的邊界不改變的話，它應(yīng)該會在2027年左右進入星際空間。但其實，太陽系邊界可能會改變。

至于2006年發(fā)射的“新視野”號的情況，它于2019年1月1日飛掠太陽系內(nèi)的遙遠天體“天涯海角”，而且其發(fā)射時間遠遠晚于其他4艘航天器。在飛掠期間，“新視野”號距離太陽43AU。該任務(wù)首席調(diào)查員艾倫·斯特恩說，該航天器每年行進約3.1AU。再過20年，它很有可能進入星際空間。因此，如果它與“旅行者2”號穿越相同的邊界，將在2043年進入星際空間。

綜上所述，如果日光層的變化保持穩(wěn)定(這不太可能)，“先驅(qū)者11”號將在2027年穿過日球?qū)禹?“新視野”號緊隨其后，于2043年完成穿越;而最先發(fā)射的“先驅(qū)者10”號將在2057年離開日光層。

“新視野”號可能電力不足

斯特恩說，如果“新視野”號能進入星際空間，并在那時仍正常運行(這是有可能的)，它將為我們提供有關(guān)星際空間的詳細信息。“新視野”號所攜帶的粒子探測器比“旅行者”號上搭載的粒子探測器強大得多。此外，“新視野”號還攜帶了一個灰塵探測器，可以提供對日光層以外區(qū)域的觀察。“將塵埃探測器放入星際介質(zhì)將是非常寶貴的經(jīng)驗。”

不過，斯特恩也指出，電力是“新視野”號要面臨的一個大問題。“新視野”號的燃料是不斷衰變的二氧化钚，這艘航天器的電力可供其工作到本世紀(jì)30年代末，目前其運行狀況良好。

(新媒體責(zé)編：wb001)