全面解析“旅行者”号探测器
时间：2020-12-10 00:04:28 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
在美国航空航天局确认“旅行者1”号飞出太阳系，正式进入星际空间后，美国加利福尼亚州理工学院教授、“旅行者”号探测项目科学家爱德华·斯通就“旅行者1”号飞出太阳系的相关问题做了详细解答。
问：能告诉我们“旅行者1”号探测器进入星际空间的准确日期和时间，以及当时与太阳的距离吗？
答：“旅行者”号研究小组指出，“旅行者1”号进入星际空间的时间是2012年8月25日。该结论是基于这一天观察到的带电粒子变化情况，以及2013年4月—5月采集的磁场数据和最新等离子体数据得出的。
最新等离子体数据使研究小组做出该探测器进入星际空间的判断，但时间只能精确到2012年8月。太阳日光层内部和外部的带电粒子在2012年8月25日出现永久性变化。这一变化的周期为12小时，我们无法精确该事件发生的具体时间。
当时，“旅行者1”号距离太阳183亿千米，距离地球182亿千米。
问：为什么会定义为一个历史性事件？
答：“旅行者1”号是距离地球最遥远的人造航天器，此前航天器从未进入过星际空间。这代表着历史上的一次里程碑事件，与麦哲伦首次环球航行、1962年“水手2”号第一次飞掠金星、阿姆斯特朗第一次登上月球等事件的重要性相差无几。
问：“旅行者1”号进入的是一个怎样的太空环境？
答：“旅行者1”号进入了一个全新的太空环境，超出了太阳释放等离子体的范围。等离子体广泛存在于宇宙空间，是带电粒子最密集、运动最缓慢的形态。同时，太阳等离子体从太阳表面四处流溢，如果“旅行者1”号飞越太阳系，那么周围的等离子体也会发生变化。
问：我们如何知道“旅行者1”号处于星际空间？
答：“旅行者”号研究小组称，从2013年4月至今“旅行者1”号探测器等离子体波设备获得的新数据可以获悉，该探测器于2012年8月25日进入星际空间。大约在2012年3月，太阳发生了一次突然性物质喷发，这些物质历经13个月才抵达“旅行者1”号所处位置，周围的等离子体发生振动。该探测器首次探测到这些振动，这是研究小组8年来首次探测到此类声音，并将最近的数据反馈。科学家称，“旅行者1”号在2012年8月进入这片密集的等离子体区域。
问：这些太阳事件发生的频率怎样？
答：在太阳活动高峰期，一天之内会出现多次日冕物质喷射，或者太阳物质喷射，这段时间被称为太阳活动高峰。两艘“旅行者”号探测器分别于1983年—1984年、1992年—1993年探测到大规模日冕物质喷射，这些大规模日冕物质喷射导致太阳圈内产生可探测到的无线电波。然而，每年3月17日出现的太阳风暴并不被认为是大规模喷射，也没有形成可探测到的无线电波。目前，“旅行者1”号刚探测到等离子体振荡，但只有当其处于星际等离子体区域时才能探测到。幸运的是，3月17日的太阳风暴恰好影响到“旅行者1”号所处的区域。
问：我们如何知道“旅行者1”号探测到的就是星际等离子体呢？
答：2013年4月，“旅行者1”号探测到的等离子体密度较大，是“旅行者2”号在同一时期在太阳圈外层探测到的等离子体密度的40倍，这种差别非常明显。等离子体密度的变化，是在“旅 行者”号研究小组的预期之中。
问：你如何确定“旅行者”号抵达星际空间？
答：“旅行者”号研究小组预计的关键性变化都已出现，例如：高能粒子变化、等离子体密度的显著变化等。这是我们预计在星际空间中看到的。
问：为什么“旅行者”号研究小组称进入星际空间是2012年8月25日，而不是2012年8月？
答：等离子波研究小组依据数据推测，“旅行者1”号在2012年8月抵达高密度等离子体区域。由于这是一个推算，因此存在着一些不确定因素。据我们所知，太阳圈内部粒子在2012年8月25日已经基本消失，同时星际空间粒子急剧增多。因此，“旅行者”号研究小组有足够证据证明，2012年8月25日是人类首次进入星际空间的时间。
问：为什么“旅行者”号研究小组没有更早地掌握，“旅行者1”号实际上早在一年多之前就已进入星际空间？
答：2012年8月25日获得的数据表明，来自太阳圈内部低能量带电粒子差不多消失，而来自太阳圈以外的高能量粒子突然上升到最高水平，这是到达星际空间的两个关键性标志。
这些变化是“旅行者1”号经过太阳风层顶时出现的。太阳风层顶是太阳圈与星际空间的边界，太阳风在该区域与星际物质达到平衡。同时，科学家还预计，当“旅行者1”号进入星际空间磁场时，周围的磁场方向会出现一次突然变化，然而后来对磁场观测数据的分析显示并未发生变化。研究小组认为，当时“旅行者1”号可能仍停留在太阳圈内。因此科学家需要一种不同寻常的方法来测量这种等离子体，太阳风暴正好提供了一次最佳机会。
问：如果此次太阳周期性喷发未发生，将会出现怎样的情况呢？
答：如果未发生2012年3月的太阳物质喷射，或者这些物质未到达星际空间，“旅行者”号研究小组将继续寻求其他间接方案，来了解“旅行者1”号探测器所处的等离子体太空环境。他们唯一的策略就是观察这些物质是否发生变化。
问：为什么科学家曾认为磁场是星际空间的重要指标之一，而目前却又避而不谈呢？
答：由于“旅行者1”号并未直接勘测等离子体，科学家使用磁场来代表等离子体的变化。“旅行者1”号的等离子勘测仪器，用于测量等离子体的密度、温度和速度，但是该仪器早在1980年就已停止运行。由于太阳等离子体携带着太阳释放出来的磁场线，而星际等离子体具有星际空间的磁场线，因此科学家认为，通过观测这些磁场，我们能够了解其等离子体环境。如果从等离子波仪器上获得确切的等离子体数据，就能确凿地说明等离子体发生的变化。这些变化正是研究小组极力寻找的重要信息。
问：现在“旅行者1”号距离地球有多远？
答：目前“旅行者1”号距离地球190亿千米，这是2013年9月9日的最新观测数据。
问：“旅行者2”号现状如何？它是否接近星际空间？
答：即使“旅行者2”号首先发射，它仍不会接近星际空间。从探测数据来看，“旅行者2”号现在还处于太阳圈中。现在我们密切关注着“旅行者2”号的数据，并对这些数据展开研究分析。
“旅行者1”号与“旅行者2”号以不同的方向运行，“旅行者1”号方向更朝向北，而“旅行者2”号则更朝向南。
问：这两个探测器还能工作多长时间？
答：这两颗个测器的磁场和粒子科学设备能正常运行至2020年，仅有紫外线探测设备仍在反馈数据，尽管通过这些数据仍不能辨别出太阳圈和星际空间。2014年，该设备将停止工作，为其他设备节约电量。
2020年，由于电量有限，“旅行者”号的引擎将开始逐个关闭磁场和粒子设备。科学家预测，“旅行者”号探测器的最后一个科学设备将持续工作至2025年。
放射性同位素热电发电机每年产生的功率不足4瓦，因此，任务科学家必须确定何种设备是传回太阳圈和星际空间关键性数据的首选设备，并将其他设备逐个关闭。当前，发电机等其他一些航天器设备已关闭。
到2025年之后，我们就不会接收到有关科学数据，工程数据将在几年后陆续传回地面。或许这两个探测器将在2036年成为深空网络的一部分，这将取决于它们还保留着多少电量，是否还能向地面传输数据。
问：“旅行者1”号未来的目的地在哪里？“旅行者2”号呢？
答：“旅行者1”号以每年3.5天文单位的速度离开太阳系，飞行方向与黄道平面形成35°夹角，大体是太阳奔向点的方向。该探测器离开太阳系后将朝向蛇夫座方向飞行，预计在40272年，“旅行者1”号将抵达小熊座一颗模糊的恒星———AC+79 3888。
“旅行者2”号目前以每年3.1天文单位的速度离开太阳系，方向与黄道平面成48°夹角，朝向射手座方向飞行。估计4万年之后，“旅行者2”号会到达一颗叫做“罗斯248”的恒星，它位于仙女座星系中。
