进入星际空间后，旅行者二号发现了奇怪的现象
作者：佰思科学 | 沈东旭 邱亚明
迄今为止，人类有两艘航天器探测了星际空间。2012年8月25日，NASA宣布，1977年9月5日发射的旅行者一号进入了星际空间。目前旅行者一号距离地球大约151AU（1AU即一个天文单位，是地球到太阳的平均距离，大约1亿5千万公里）。2018年11月5日，旅行者二号也进入了星际空间。在旅行者二号进入星际空间之后，发现了一个很奇怪的现象。
在讲这个奇怪现象之前，我们先科普一下什么是星际空间。太阳在银河系里，沿着银河平面绕着银河系中心旋转。在旋转过程中，太阳还有上下起伏的运动。从太空中望去，看起来是一种螺旋形的运行轨迹。
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太阳在银河系中的运行轨迹
太阳在发出光芒，给我们带来光明的同时，也在不停释放出等离子粒子，形成了所谓的太阳风。太阳风粒子由电子，质子（氢核），α粒子（氦核）等组成。
可以想象，在太阳距离太阳近的地方，太阳风粒子密度大，随着距离的增加密度会下降。到了一定距离之后，太空中的粒子，从银河系来的宇宙射线会上升，而从太阳来的粒子会大幅下降。于是人们将太阳风占主导的区域定义为太阳圈，heliosphere。太阳圈阻挡了一部分宇宙射线对太阳系内部区域的冲击，对像地球这样的大行星有保护性作用。
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假想的太阳圈形状
有人认为，太阳圈就像彗星一样，拖着长长的尾巴。不过，太阳圈的真实形状很可能不是那么完美，或许还与星际物质的分布有关系。最近NASA的一个模型认为，太阳圈长得像法式牛角包（croissant）。
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NASA新的太阳圈形状模型
太阳圈的边缘被称作太阳层顶（heliopause）。2018年11月5日，旅行者二号上面的探测器发现，来自于银河系的宇宙射线粒子开始大幅增加，而太阳风粒子断崖式减少，这说明旅行者二号开始进入星际空间。下图是旅行者二号上面的仪器测得的太阳系和银河系粒子数目。
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旅行者二号探测到的粒子数量：上，来自于银河系的宇宙射线；下，太阳风粒子数
这里需要注意，进入星际空间和离开太阳系可不是一回事。太阳系的范围由太阳的引力所决定--太阳系内的物质都在太阳引力的作用下，跟随着太阳在银河系中运动。目前两个旅行者号距离地球大约100多AU。太阳系边缘区域被称作奥尔特云，Oort Cloud，距离太阳最远估计有10万AU，大约相当于2光年。按照现在的速度，旅行者一号要穿越奥尔特云，脱离太阳的引力范围，还要3万年。
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太阳系的范围
进入星际空间后，旅行者一号和旅行者二号都发现了一个很奇怪的现象。之前科学家预测，星际空间中等离子体的密度应该很低，如果仅考虑电子，平均每立方厘米应该只有0.002个电子。然而，旅行者一号2013年测得的密度是0.055，旅行者二号2019年测量结果是0.039。
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旅行者一号和二号的飞行方向
2020年10月份的The Astrophysical Journal Letters发表了一篇文章，指出旅行者二号发现，在它飞出太阳圈之后，星际空间的密度不仅远比预计为高，而且随着距离的增加，密度还在变高。这种现象与旅行者一号的发现相吻合。具体原因尚未有明确的答案。
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太阳圈、太阳层顶和旅行者一号、二号的位置
归根结底，我们身处于太阳圈之内，但对太阳圈的了解却十分稀少。人类通过两个旅行者，只是刚刚了解了太阳圈之外的星际空间的模样。到目前为止，人类发射过的航天器中，还有先锋10号、先锋11号，以及执行冥王星飞掠任务的新视野号将飞出太阳系。然而先锋10号与11号因为能量耗尽，分别于2003和1995年失去了联系。
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除了新视野号其他四个能飞出太阳系星际飞船
新视野号预计飞到100AU的时间为2038年，从而进入星际空间。然而，新视野号的电池预计在2030年代中后期耗尽，能否对星际空间进行探测尚未可知。
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