日光层，太阳系与星际空间的相互博弈，庇佑太阳系的星

1977年8月20日，旅行者2号从佛罗里达州卡纳维拉尔角发射升空。这是有史以来第一艘从外部观察太阳系的航天器。

图解：太阳系的规模和旅行者2号。图源：NASA

当时，没有办法知道宇宙飞船是否可以穿越星际空间，或者它是否能够在太空深处进行如此漫长的旅程。

但截至去年，旅行者2号和它的姊妹飞船“旅行者1号”都已进入星际空间。它们穿越的差异给了科学家们一个独特的机会来比较旅行者1号和2号收集的数据。这些数据也使科学家能够像观察银河系其他恒星一样观察太阳——从我们太阳系周围的边界向外看。将这两个飞船交叉点进行比较，该初步结果发表在本周的《自然天文学》杂志上。

速度更快的旅行者1号飞船，于2011年穿越星际空间。而且，时隔40多年，在2018年11月5日，旅行者2号也实现了飞跃。这两艘飞船在不同的位置穿透了日光层——旅行者1号在北半球，而旅行者2号在南半球穿过。

图解：旅行者号飞船在太阳系与当地星际介质相遇的区域发现的示意图。美国宇航局“旅行者1号”（V1）和“旅行者2号”（V2）飞船的当前位置以天文单位显示，1 AU等于1.5亿公里或9300万英里。在这些距离下，旅行者1号和旅行者2号以光速传播的无线电信号分别需要20小时31分钟和16小时58分钟。图中显示了航天器沿不同尺寸的轨迹。图源：NASA

早该如此

爱德华·斯通是旅行者号任务的项目科学家，他在宣布这一发现的新闻发布会上说：“我们当然不知道宇宙飞船的寿命是否足够长，能长到离开气泡进入星际空间。”

他说：“太阳围绕着它形成的这个泡泡有多大，我们没有很好的量化概念。”

图解：航海家号宇宙飞船的一张插图，被派去探索星际空间。图源：NASA

“泡泡”是指太阳围绕它和它的附属行星所形成的边界。太阳发出的太阳风与来自星际空间的风相互作用，形成一个超出行星轨道的日光层。日光层还保护地球和太阳系的其他部分免受来自银河系其他地方的潜在破坏性宇宙射线的伤害。

图解：太阳风与地球磁场相撞时产生湍流能量。当运动电荷分解并重新连接时，能量形成高速电子射流。图源：NASA

丹·瑞森费尔德是洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家，他没有参与这项研究，他说，天文学家们把赌注押在了什么时候能穿过。

瑞森费尔德告诉美国在线科技新闻杂志《逆》：“旅行者的名声来自它对行星的探索，后来它安静了好几年，因为它只是在穿越行星之外的太空深处旅行。”

旅行者2号成功穿越太空深度的消息特别令人兴奋，因为船上有一个工作的等离子仪器。不幸的是，旅行者1号的仪器在20世纪80年代遭到损坏。这一工具对于确定太阳从日光层内的热等离子体到该边界以外更冷、更密集的物质的转变至关重要。

因为它们发生在不同的地点，也发生在太阳磁周期的不同点上，所以这两个航天器收集到的数据是完全不同的。例如，旅行者2号揭示了一个比旅行者1号更平滑、更薄的日光层边界，磁场更强。

第二组数据也让我们更好地了解了日光层的形状。

瑞森费尔德说：“当旅行者2号穿越太阳层顶时，它向我们展示了我们的日光层不是标准的圆形，而是不对称的。”

从外面往里看

这次任务的观测可以帮助科学家了解星际空间是如何影响太阳的，以及太阳是如何影响其银河系环境的。

旅行者号的测量表明，太阳边界以外的星际介质是不稳定的，并且受到太阳风和银河风相互作用的影响。日光层保护地球不受宇宙辐射的影响，只有大约30%的辐射穿过这个保护泡。

图解：旅行者号宇宙飞船在不同的地点和不同的时间穿透了日光层。图源：NASA

斯通在通话中说：“通过了解日光层的屏蔽效应，我们将对太阳层如何随着星际介质的变化而随时间变化有一些了解。如果最近在其附近发生的一些事件导致气压升高，这将日光层被压缩，辐射将更强烈。”

普林斯顿大学天体物理科学系的科学家杰米·兰金指出了旅行者2号穿越的其他重要数据。

兰金告诉《逆》：“旅行者1号穿越时有一些未解决的问题，人们期待着旅行者2号能够分辨出星际介质中的温度。时间差使我们对太阳如何影响这一地区以及太阳天气有一些了解。”

图解：从太阳到最近恒星的星际介质的丰富程度。图源：innovationtoronto

旅行者2号的估计寿命还剩5年，因此随着它继续探索星际空间，它将继续反馈对星际介质的测量。

兰金说：“既然我们大多数时间都是从内而外研究我们自己的恒星，那么我们能从中发现什么呢？”

旅行者2号发射时，兰金还没有出生，她用从任务中收集到的数据写了她的博士后论文。她计划继续使用未来的任务数据来回答一些关于我们的主星的问题。

兰金问道：“大局是什么？如果有人远程观察我们，像我们观察其他恒星一样观察我们的恒星，我们会是什么样子？在某种程度上，我们可以回头看看自己。”

作者: Passant Rabie

FY: 武薇

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