飞行185亿公里，旅行者号发现奇异怪事，星际空间物质越来越密集

显示全部楼层 · 2021-1-28 10:55:13

本文参加百家号#科学了不起#系列征文赛。古时候的人们就知道地球之外有一个更加神秘的世界，只不过由于缺乏科学的辅助，古人并不知道地球之外的世界是什么样子？在古人看来，夜晚的星星是地球之外世界的东西，而这个世界也是非常美丽繁荣的，有着大量的神仙居住。随着人类文明的不断发展，数百年前走上了科技发展的道路。有了科学力量的帮助，我们发明了天文望远镜，初步看到了地球之外那个令人向望的世界，只不过在望远镜的眼里，地球之个的空间是黑暗的，并没有我们想象的美丽景象。

到了上个世纪中叶，在科技的帮助下，人类终于实现了飞天的梦想，走出了地球。当我们走出地球之后，终于真切看到了这个令无数人们向望的地外空间，我们称之为宇宙。通过肉眼观察，整个宇宙浩瀚广阔，一片黑暗，除了一些恒星能够发出光亮之处，整个宇宙背景是漆黑一片。那么宇宙真的非常黑吗？当然不是，我们通过天文望远镜看到的却是另外一番景象，那就是宇宙中到处都明亮的光芒，那是一个个恒星发出的光亮。天文望远镜能够看得很远，可是我们要探索宇宙的奥秘，还是需要探测器来进行。对于刚刚走出地球的人类来说，首先是要探索整个太阳系的奥秘，而太阳系最神秘复杂的区域则是在太阳系边缘。

为了探索太阳系边缘的情况，美国宇航局在1977年先后发射了旅行者1号和旅行者2号。它们的目标就是太阳系外不断前进，不仅是探索太阳系边缘的奥秘，而且还要走出太阳系进入星际空间探索。在科学家看来，宇宙空间的物质分布是不一样的，有的地方物质分布多，密度就大，而有的地方物质分布较小，密度就小。理论上来说，恒星系内越靠近恒星太阳的区域，物质密度应该越大，而远离太阳系的边缘地区，物质密度则非常小。而星系之外的星际空间，物质更是非常少，所以我们才说宇宙是一个真空的空间。可是这个真空并不是绝对的空，这一点相信朋友们还是非常清楚的。在我们看似非常空的宇宙中，总是会有一些粒子存在，即使是天文望远镜观测到的宇宙空洞中，也不是完全没有天体和物质，只是特别小，我们无法观测到。

理论上来讲，星际空间应该更空旷，物质密度远低于太阳系内部，那么事实真的如此吗？这个答案可能就要依靠旅行者号来完成了。经过数十年的飞行，旅行者1号率先到达太阳系边缘，于2012年穿越了日球顶层。而旅行者2号则迟早了6年时间，于2018年穿越日球顶层，进入星际空间。旅行者号飞船到达太阳系边缘后，也将一系列探测的重要数据传回了地球，这些数据对于科学家了解太阳系边缘物质的情况非常重要，也是我们初步了解星际空间的重要参考。前面我们说了一个日球层顶的概念，可能不少朋友不明白这是什么意思？这里简单说明一下。所谓的日球层顶，就是指太阳风和星际介质交汇的地方，我们都知道，太阳风是太阳发出的强烈辐射，它向太阳系四周扩散延伸。

太阳风能够到达的区域，都属于狭义上的太阳系范围。而太阳系随着向边缘不断扩散，它的强度也在不断减弱，到了最弱的地方就会跟来自于星际空间的星际介质发生交汇。那么太阳风跟星际介质发生不交汇的时候，会是一个什么样子？这一点是科学家非常想搞明白的事情。再回到有关宇宙物质密度这个话题上，在太阳系中，太阳风的质子和电子密度平均为3-10个每立方厘米，离太阳越远，其密度就越低。而根据此前的计算，银河系中星际介质的平均电子密度约为0.037个每立方厘米，日球层顶以外的等离子体密度约为0.002个电子每立方厘米。

以上数据是科学家理论上计算出的一个结果，要验证这个结果，我们就需要旅行者号探测到的真实数据了。旅行者号两个飞船在穿越日球顶层的时候，上面携带的探测器成功探测到了等离子体的电子密度。旅行者1号在183亿公里处探测到0.055个电子/立方厘米，旅行者2号在179亿公里处探测到0.039个电子/立方厘米，两者数值基本一致。可是当旅行者号在星际空间中继续飞行了一段时间后，探测回来的数据却让科学家大吃一惊。理论上来说，一旦旅行者号穿越日球层顶进入星际空间之后，探测到的物质密度应该会非常小，毕竟那是星际空间，物质密度是无法跟太阳系内相比的。可是旅行者1号在星际空间中飞行了29亿公里后，探测到的星际介质密度为0.13个电子/立方厘米，这个数值可是比穿越日球层顶的时候大了很多。

而旅行者2号在星际空间中飞行了6亿公里后，在185亿公里处，同样探测发现星际介质密度增加到了0.12个电子/立方厘米。两艘探测飞船的数值基本一致，这说明旅行者号飞船探测的数据是真实可靠的，太阳系外星际空间的物质密度的确非常高，这是怎么回事？对于这个结果，科学家们也是百思不得其解，星际空间物质密度小于星系内的物质密度，这应该是一个正确的结论。可为什么太阳系外星际空间的情况却如此特殊？有科学家提出了一种可能性，那就是当星际磁场线覆盖在日球层顶时，磁场线会变得更强，可能会形成一种电磁离子回旋不稳定性，耗尽覆盖区域的等离子体。

还有一种观点认为是星际风吹来的物质在日球层顶受到阻碍减速，从而导致了某种程度的物质无法扩散出去，聚集在了一个有限的范围内。如果是这种情况，那么只要旅行者号再向前飞行一些距离，或许就能够探测到真实的星际空间物质密度情况。其实，在这里我们还要想到另外一种可能，那就是日球层顶之外的空间有可能并不是真正的星际空间，它们还属于太阳系的范围，也就是广义上的太阳系。过去科学家认为，走出日球层顶就是出了太阳系进入了星际空间。可是后来科学家观测到了奥尔特云的存在，认为只有走出奥尔特云才算是真正走出了太阳系。

奥尔特云是一个厚度达到了一光年的星云团，它将狭义上的太阳系包围其中。在这个星云团中，不仅有大量的彗星，小行星等天体存在，而且物质密度也要比星际空间高很多。所以，旅行者号飞船走出了日球层顶，反而探测到了更高密度的星际介质，或许也是能够理解的。如果旅行者号在后面的飞行过程中，探测发现的物质密度一直都保持一个较高的水平，那么它们还停留在太阳系就是大概率事件。而这样的结果对于我们了解太阳系有着重要的作用，至少可以让我们明白，太阳系的范围远比过去想象的要大。当然，如果奥尔特云的外面才算是星际空间，那同样会让科学家失望，因为旅行者号还肩负着一个重要的任务，那就是寻找外星文明。它们都携带着一张金色的光盘，记载着地球的坐标和人类的信息。

科学家期望旅行者号能够走出太阳系，非常幸运地被外星文明捕获，然后外星文明通过光盘上面留下的信息来到太阳系跟人类接触交流。如今看来，这个愿望基本上是没有希望了，以它们的速度要穿越奥尔特云，恐怕至少需要一万年的时间。