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2012年8月25日,，旅行者1號成為第一艘離開太陽系的人類飛船,。  飛向銀河系星海的旅行者1號飛船 來源：NASA 在2012年8月25日，在太空飛行35年之后,，“旅行者1號”探測器正式成為人類首個離開太陽系,，進(jìn)入恒星際空間的探測器，彼時,，這艘飛船距離太陽180多億公里,。 加州理工學(xué)院教授，從1972年起就擔(dān)任“旅行者”計(jì)劃項(xiàng)目科學(xué)家的愛德華·斯通（Ed Stone）就此評價道：“這是人類邁向星際旅行的一次重大飛躍,。我們現(xiàn)在已經(jīng)可以回答一個重要的問題,，那就是：我們出去了嗎？答案是：是的,，我們出去了,。”  旅行者1號搭載的存儲器“飛行數(shù)據(jù)系統(tǒng)”（FDS）,，你的手機(jī)內(nèi)存比它強(qiáng)勁數(shù)十萬倍 來源：NASA  銀河系全景圖,，一個典型的棒旋星系 來源：NASA 按照今天的標(biāo)準(zhǔn)來看，1977年升空的“旅行者”飛船采用的技術(shù)簡直可說是簡陋不堪,，比如它搭載的計(jì)算機(jī)的內(nèi)存大小,，大概只有你用的手機(jī)的20萬分之一。最開始的時候,，科學(xué)家們只期待它能夠工作滿4年就心滿意足,，可是，它一直工作到了現(xiàn)在,，并且仍在繼續(xù)向前飛行。 如果從歷史的眼光來看,，這一事件在某種程度上是可以和阿波羅登月相提并論的,。因?yàn)榧幢闶菍I(yè)的天文學(xué)家，也很難相信我們能夠真的做到這一點(diǎn),。無數(shù)人曾經(jīng)用肉眼,，或是透過望遠(yuǎn)鏡觀察過銀河系，但沒有人敢去想象,，一艘由我們?nèi)祟愔圃斓奶綔y器,，能夠真的沖出太陽系的禁錮,，抵達(dá)太陽系之外的那片寒冷而未知的區(qū)域。2012年時,，旅行者1號飛船的信號以光速發(fā)出到抵達(dá)地球,，單程需要超過17個小時。這是什么概念,？做一下對比,，信號從太陽到地球，大約需要8分鐘,，而2015年飛越冥王星的新視野號探測器,，從冥王星發(fā)回信號到地球，單程大約需要5小時左右,。  1979年,，抵達(dá)木星 來源：NASA  1980/1981年，兩艘飛船先后抵達(dá)土星 來源：NASA 這艘孤獨(dú)的小小飛船目前正在以每小時超過6萬公里的速度繼續(xù)向前飛行,，日行接近150萬公里,，可以繞地球赤道30多圈。這一速度已經(jīng)超過第三宇宙速度,，這意味著太陽引力將無法束縛它,，這艘飛船將不會再返回太陽系，而是將永遠(yuǎn)地離開,，朝向其他恒星系統(tǒng)飛行,。 從1977年升空之后，兩艘旅行者飛船先后對木星,，土星,，天王星和海王星進(jìn)行了探測。1990年開始,，旅行者飛船開始了被稱作“旅行者恒星際探測計(jì)劃”（Voyager Interstellar mission）的任務(wù)期,，探索從未有人踏足的深邃空間。  1986年,，旅行者2號抵達(dá)天王星,，這是迄今唯一一次對這顆星球的考察 來源：NASA  1989年，旅行者2號抵達(dá)海王星,，又是唯一一次考察 來源：NASA 太陽每時每刻都在向外釋放強(qiáng)大的帶電粒子流,，我們稱之為太陽風(fēng)（solar wind），與此同時,，宇宙中也充滿著高能帶電的粒子,，也就是宇宙射線（cosmic ray）。太陽發(fā)出的這股強(qiáng)烈的粒子流會向四面八方擴(kuò)散，在宇宙高能粒子的“汪洋大?！敝兄纹鹨粋€氣泡般的小小空間,，這個“氣泡”限定的范圍，被稱作“日球?qū)印薄?/div> 在這個“氣泡”之內(nèi),，是太陽粒子統(tǒng)治的區(qū)域,，而在這個氣泡之外，則是來自遙遠(yuǎn)的巨型恒星爆發(fā)釋放的大量高能粒子,，它們攜帶著銀河系的磁場信息,；這樣的情景，我們可以從觀察其他恒星周圍的區(qū)域得到一個比較直觀的印象,。  哈勃望遠(yuǎn)鏡拍攝的獵戶座星云中一顆恒星周圍的“氣泡”（日球?qū)樱?，這顆恒星釋放的強(qiáng)烈星風(fēng)“吹”出了這樣一個“泡泡”，我們的太陽周圍,，也是如此 來源：NASA  遠(yuǎn)處觀察太陽周圍的模擬圖。圖中間的深藍(lán)色區(qū)域時太陽風(fēng)“吹”出的“泡泡”（日球?qū)樱?，我們都在其中,，那里的太陽風(fēng)粒子運(yùn)動速度是超音速的，可以看到,，有一艘小飛船已經(jīng)沖出了保護(hù)區(qū),，這就是旅行者1號飛船 來源：NASA 旅行者1號最開始檢測到太陽風(fēng)開始發(fā)生異常是在2004年，正常情況下,，太陽風(fēng)粒子的運(yùn)動速度是超音速的,，但在2004年，旅行者1號突然注意到其周圍的太陽風(fēng)粒子速度下降到了亞音速,?？茖W(xué)家們意識到飛船已經(jīng)進(jìn)入了一個全新的區(qū)域，此時飛船距離太陽大約144億公里,。此后,，他們開始加緊搜尋相關(guān)證據(jù)，以判斷這艘飛船何時會離開太陽風(fēng)的控制區(qū)域,。 2004年之后,，旅行者1號飛船又飛行了8年，飛行超過50億公里,，終于再次出現(xiàn)信號的變化,，此時是2012年8月份。 但在2012年時,，科學(xué)家們還無法完全確定這一點(diǎn),。這是因?yàn)檫@個邊界其實(shí)是兩種等離子體的邊界，一邊是太陽等離子體，另一邊是恒星際等離子體,，但不幸的是,，旅行者1號飛船上的等離子體探測器早在1980年代就已經(jīng)停止工作了，因此科學(xué)家們無法對這兩種等離子體進(jìn)行直接測量以得到,。怎么辦呢,？科學(xué)家們想到了一種曲線救國的方法：那就是研究這兩種等離子體所攜帶的磁場信息。太陽風(fēng)粒子攜帶的磁場信息,，以及恒星際粒子所攜帶的磁場方向應(yīng)該是不同的,。因此當(dāng)旅行者1號穿越這個邊界時，它尚在運(yùn)作的磁強(qiáng)計(jì)應(yīng)該可以檢測到磁場方向的變化,。  請注意,，帶電粒子密度會隨著離太陽越來越遠(yuǎn)而出現(xiàn)緩慢下降，因此在太陽系邊緣地帶,，恒星際空間的粒子濃度（藍(lán)色）反而要高于太陽系內(nèi)側(cè)（紅色） 來源：NASA  可以看到,，當(dāng)飛船跨越太陽系邊界時，粒子濃度會出現(xiàn)一次顯著的上升 來源：NASA 但結(jié)果出人意料： 磁強(qiáng)計(jì)的數(shù)據(jù)并未顯示方向變化,，僅僅是強(qiáng)度發(fā)生了些許改變,。因此，當(dāng)時科學(xué)家們一下子無法判斷飛船究竟有沒有進(jìn)入一片新的區(qū)域,。 但是好在,，除了磁場計(jì)之外，旅行者1號上還有兩根10米長的天線,，屬于等離子體波測量設(shè)備的一部分,。這臺設(shè)備為科學(xué)家們提供了另一種測量途徑，但前提是飛船周圍的等離子體介質(zhì)中存在波動,。 理論研究顯示,，恒星際等離子體的密度要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于太陽系內(nèi)等離子體的密度，而和這些等離子體發(fā)生的波動特征與其密度特性之間存在直接相關(guān)性,，因此,，如果能夠?qū)@種波動的特征進(jìn)行測量，那么就可以反推出等離子體的密度,，透過這一密度值的大小,，就可以判斷此刻的飛船究竟處于太陽系內(nèi)，還是外,。 抵達(dá)太陽系之外的旅行者1號,，heliopause是“日球?qū)禹敗保簿褪翘枴按怠背觥芭菖荨钡倪吔?/div> 來源：NASA 0.4MB 一次日冕物質(zhì)拋射事件（CME）,，可以看到大量帶電粒子流被釋放出去 來源：NASA 只是,，上一次檢測到等離子體波信號是在2004年,，此后就一直沒有這樣的機(jī)會。但皇天不負(fù)有心人,。2012年3月,，太陽上發(fā)生了一次劇烈的日冕物質(zhì)拋射（CME）事件，大量高速帶電粒子流剛好朝向旅行者1號的飛行方向而去,。 大約400天后,，2013年4月份，這股“粒子海嘯”終于趕上了旅行者1號飛船,，并引發(fā)飛船周圍的等離子體出現(xiàn)波動和震蕩,。透過對這種波動的測量，科學(xué)家們可以反推出這里的電子密度,，計(jì)算顯示此時旅行者1號周圍環(huán)境中的電子密度大約是每立方厘米0.08個電子,。這一數(shù)據(jù)比太陽系內(nèi)部邊緣地帶的理論值（每立方厘米0.002個電子）高出40倍，而與恒星際空間粒子密度的推算值（每立方厘米0.10個電子）相吻合,。據(jù)此,，他們意識到，旅行者1號已經(jīng)進(jìn)入了恒星際空間,。 這里可能會有讀者感到困惑,。的確，很多人會直覺地認(rèn)為恒星際空間是更加“空曠”的,。事實(shí)也的確如此，恒星際空間的粒子密度要小于地球附近,，但隨著逐漸遠(yuǎn)離太陽,，來自太陽的粒子密度會下降。因此,，在太陽系的遙遠(yuǎn)的邊界地帶,，太陽系內(nèi)部一側(cè)的粒子密度反而要小于外部的恒星際空間一側(cè)。 飛向太陽系之外的旅行者1號飛船 來源：NASA “暗淡藍(lán)點(diǎn)”,，旅行者1號在1990年,，完成對海王星的考察之后，在海王星軌道之外回過頭來拍攝的地球：一顆小小的,，微不足道的塵埃 來源：NASA 離開太陽系,，究竟是哪一天？ 到此刻,，我們可以確定的是,，到2013年4月份時，旅行者1號飛船已經(jīng)位于恒星際空間了,。但研究組想要弄清楚,，旅行者1號飛船進(jìn)入恒星際空間多長時間了？而要想弄清楚這一點(diǎn)，他們必須對更老的數(shù)據(jù)進(jìn)行再次梳理,。 很快,，他們注意到在2012年10月~11月間長達(dá)1個月左右的電子震蕩數(shù)據(jù)，計(jì)算顯示其對應(yīng)的密度是大約每立方厘米0.006個電子,。利用這些數(shù)字,，再結(jié)合旅行者1號的飛行速度（大約每年飛行5.2億公里），研究組推算認(rèn)為,，旅行者1號飛船可能早在2012年8月份便已經(jīng)離開了太陽系,。 注意觀察，2012年8月底,，旅行者1號飛船記錄到太陽風(fēng)粒子數(shù)量出現(xiàn)重大下降（上半部分紅色）,，與此同時，宇宙射線（下半部分藍(lán)色）出現(xiàn)上升 來源：NASA 加上最新的新視野號飛船,，人類有5艘飛船正朝著太陽系之外飛行,，其中旅行者1號是第一艘確認(rèn)取得突破的飛船 來源：wiki 這一推算結(jié)果與旅行者1號得到的其他重要觀測結(jié)果有很好的匹配度。在2012年8月25日這一天,，旅行者1號報告自己記錄到太陽風(fēng)粒子數(shù)量出現(xiàn)1000倍的下降,，同時高能銀河射線粒子的數(shù)量出現(xiàn)大約9%的升高，后者的來源位于太陽系之外,。 根據(jù)這些數(shù)據(jù),，“旅行者”計(jì)劃的項(xiàng)目科學(xué)家們認(rèn)為，旅行者1號飛船是在2012年8月25日這一天穿越了標(biāo)志著太陽系與恒星際空間分界線的日球?qū)禹攨^(qū)域,。 在那一時刻,，旅行者1號距離太陽大約181.1億公里，大致相當(dāng)于日地平均距離的121倍,。而此刻,，這艘飛船距離太陽已經(jīng)超過214億公里，是迄今飛行最遠(yuǎn)的人類飛船,。而相比之下,，沿著不同方向飛行的它的姊妹飛船旅行者2號目前距離太陽大約177億公里，尚未抵達(dá)日球?qū)舆吔纭?/div> 磁場之謎 請注意觀察：左圖,，科學(xué)家們認(rèn)為,，銀河系磁場方向和太陽磁場方向應(yīng)該存在差異，因此可以作為飛船是否進(jìn)入恒星際空間的參考指標(biāo)之一,；右圖,，最上方為磁場強(qiáng)度，可以看到些許上升,，下方兩幅圖是磁場方向,，可以發(fā)現(xiàn)幾乎沒有變化,，這一點(diǎn)出乎意料 來源：NASA 天文學(xué)家們很早之前就已經(jīng)提出了三條準(zhǔn)則，用來判斷飛船是否已經(jīng)進(jìn)入了恒星際空間：太陽粒子數(shù)量的重大下降,；銀河宇宙射線粒子數(shù)量提升,；以及磁場方向的轉(zhuǎn)變。 旅行者1號的確檢測到了前兩種變化,，但是卻沒有觀察到第三種變化：磁場的強(qiáng)度提高了,，但是方向卻沒有發(fā)生變化。 這一情況讓NASA科學(xué)家們在這個問題上格外謹(jǐn)慎,。這一點(diǎn)還是很容易看出來的,，比如NASA并沒有特別高調(diào)地宣揚(yáng)旅行者1號飛船已經(jīng)離開太陽系的消息，盡管很多論文,，以及主流的研究人員都同意這一點(diǎn),。但磁場方向沒有發(fā)生意料之中的變化這一點(diǎn)，仍然讓人感到困惑不解,。 這就是太陽系的模樣：由太陽風(fēng)粒子保護(hù)著的一顆小小“氣泡” 來源：NASA 不過好在,，粒子密度的重要性要大過磁場，磁場的測量很多時候都是作為電子密度檢測的間接手段使用的,。就像太陽風(fēng)攜帶有太陽磁場的信息,，而星際風(fēng)也攜帶有銀河系的磁場信息。因此,，可以相當(dāng)肯定的認(rèn)為,，既然我們已經(jīng)檢測到飛船已經(jīng)身處太陽系之外粒子的包圍之中，當(dāng)然就可以斷定飛船已經(jīng)位于太陽系之外,。當(dāng)然,，科學(xué)家們還需要進(jìn)一步的研究，以便弄清楚為何旅行者1號飛船沒有檢測到預(yù)料之中的磁場方向變化,。 不管如何，這是人類首個確認(rèn)離開太陽系,，進(jìn)入恒星際空間的探測器,，這是航天史上的大事件，里程碑,。其次,，雖然科學(xué)家們從理論上知道標(biāo)志著太陽風(fēng)邊界的日球?qū)拥拇嬖冢@個“氣泡”究竟有多大,？大家心里都沒底,。而隨著旅行者1號離開日球?qū)樱K于讓科學(xué)家們得以確認(rèn)了這個氣泡在這一特定方向上的大小,。 飛向未來 旅行者項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)合影（1972年）,，前排左二為愛德華·斯通 來源：NASA 2013年,，旅行者項(xiàng)目團(tuán)隊(duì)合影，前排右三為愛德華·斯通 來源：NASA 在過去的36年里,，兩艘旅行者飛船已經(jīng)為我們提供了大量有關(guān)外太陽系行星和衛(wèi)星,，以及太陽系邊緣地帶的數(shù)據(jù)和新知。 而隨著2012年旅行者1號飛船沖出太陽系,，進(jìn)入恒星際空間,，未來還將取得更多的新發(fā)現(xiàn)。盡管采用了1970年代的陳舊技術(shù),，旅行者1號飛船的內(nèi)存僅有68K左右,，發(fā)射器功率也僅有22瓦，信號到達(dá)地球時,，其強(qiáng)度大概僅有100億億分之一瓦,，并且每天都在繼續(xù)衰減。 盡管采用了不依賴太陽能的放射性同位素衰變產(chǎn)熱供電,，但40多年來,，隨著放射性燃料逐漸消耗，旅行者1號飛船的電力供應(yīng)正在以每年大約4瓦的速度衰減,，按照目前的情況,，可以支撐到大約2020年，在那之后,，科學(xué)家們就將被迫逐一關(guān)閉現(xiàn)在還在工作的各種探測設(shè)備以最大限度節(jié)省電力,，預(yù)計(jì)可以讓飛船堅(jiān)持到2025年左右，屆時,，這艘飛船已經(jīng)在太空中飛行了將近半個世紀(jì)了,。 2013年2月份，地面大型射電望遠(yuǎn)鏡陣列拍攝的旅行者1號飛船 來源：NASA “旅行者金唱片” 來源：NASA 圈中恒星就是AC +79 3888,，一顆距離地球17.6光年外的小質(zhì)量恒星,，位于鹿豹座。4萬年后,，旅行者1號飛船將抵達(dá)這里 來源：NASA 這艘飛船上攜帶著關(guān)于地球的“金唱片”,，其中有圖片，有聲音,，還有各種語言的問候語,，它攜帶著關(guān)于“我們”這個世界的信息。它會飛向哪里,？ 答案是AC +79 3888,，一顆距離地球17.6光年外的小質(zhì)量恒星。大約4萬年之后,，早已陷入深度休眠狀態(tài)的旅行者1號飛船將從距離這顆恒星大約1.6光年的位置上飛過,。 那里,，會有外星人截獲這艘小小的人類飛船嗎？
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