一年前，也就是 2018 年 11 月 5 日，NASA 的航海家2號成為歷史上第二個離開日球層（太陽圈）的探測器，日球層是太陽粒子和磁場所形成的保護層氣泡。 航海家2號距離地球約 110 億英里（180 億公里），遠遠超出了冥王星的軌道，進入了星際空間或恆星之間的區域。《Nature Astronomy》期刊上發表了五篇新研究論文，描述了航海家2號歷史性穿越及此後科學家觀察到的情況。
每篇論文詳細介紹了航海家2號的五個操作科學儀器，有一個磁場傳感器、兩個用於檢測不同能量範圍內高能粒子的儀器和兩種用於研究等離子體（由帶電粒子組成的氣體）的儀器。 綜上所述，這些發現有助於描繪這條宇宙海岸線（Cosmic shoreline），在這裡，我們的太陽所創造的環境結束了！星際空間的廣闊海洋開始了！
太陽的日球層就像一艘在星際空間中航行的船。日球層和星際空間都充滿了等離子體，這種氣體的一些原子被電子剝奪了。日球層內部的等離子體又熱又稀疏，而星際空間中的等離子體則更冷、更緻密。恆星之間的空間還包含宇宙射線或由恆星爆炸而加速的粒子。航海家1號發現日球層可以保護地球和其他行星免受 70％ 以上輻射的傷害。
航海家2號於去年離開太陽系時，科學家宣布其兩個高能粒子探測器注意到了巨大的變化：儀器探測到的太陽系粒子的比率突然的下降，而宇宙射線（通常具有比太陽系粒子更高的能量）的比率顯著增加並保持高位。這些變化證實了探測器已經進入了一個新的空間區域。
▲ 這是由藝術家創作出的概念圖，展示美國國家航空暨太空總署（NASA）的航海家2號進入星際空間或恆星之間的空間。數百萬年前，巨型恆星死亡噴射出的等離子佔據了這個區域。較稀疏的等離子填充了我們太陽氣泡內的環境。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech／完整圖片與標題）
在航海家1號在 2012 年到達日球層邊緣之前，科學家們還不知道這個邊界離太陽有多遠。這兩個探測器在大約 11 年不斷重複的太陽週期中，分別在不同的位置和時間離開日球層，在此過程中，太陽經歷了高強度和低強度的活動。科學家們預計，稱為日球層頂的日球層邊緣會隨著太陽活動的變化而移動，就像肺部隨著呼吸而膨脹和收縮一樣。 這與以下事實一致：兩個探測器在距太陽不同距離處遇到了日球層頂。
現在，新論文證實了航海家2號還沒有處在不受干擾的星際空間中：像其雙胞胎航海家1號一樣，旅行者2號也似乎位於太陽系外一個受干擾的過渡區域。
航海家號專案科學家（Project scientist for Voyager）以及加州理工學院物理學教授（A professor of physics at Caltech）埃德·斯通（Ed Stone）說：「航海家號探測器向我們展示了我們的太陽在銀河系內，其如何與其他恆星之間大部分空間的物質相互作用」、「 如果沒有航海家2號提供的新數據，我們將不知道航海家1號所看到的是整個日球層的特徵，還是只是它穿過相對特別的空間位置和時間」。
▲ 此圖展示了 NASA 航海家1號和航海家2號探測器在日球層（太陽圈）之外的位置，這是太陽產生且具保護性的氣泡，其延伸範圍已超過冥王星的軌道。（圖片來源：NASA/JPL-Caltech）
推動等離子體
正如科學家所期望的那樣，兩架航海家號探測器現已證實，局部星際空間中的等離子體比日球層內部的等離子體密度更高。航海家2號現在還測量了附近星際空間中等離子體的溫度，並確認它比日球層內部的等離子體更冷。
在 2012 年，航海家1號觀測到在日球層外的等離子體密度略高於預期，這表示等離子體受到了一定程度的壓縮。航海家2號觀測到太陽系外層的等離子體比預期的要溫暖一些，這也可能表示它正在被壓縮（外面的等離子體仍然比內部的等離子體冷）。航海家2號還觀察到等離子體密度在離開日球層之前略有增加，表示等離子體被壓縮在氣泡的邊緣內側周圍。但是科學家尚未完全了解是什麼原因造成了這樣的壓力。
洩漏的粒子
如果說日球層就像一艘在星際空間中航行的船，那麼船體似乎有些漏水。 航海家的一個粒子儀器顯示，來自日球層內部的一小群粒子正在通過邊界並進入星際空間。相對於氣泡在太空中的運動，航海家1號離開了靠近日球層最「前面」的位置。 另一方面，航海家2號的位置更靠近側面，並且該區域似乎比航海家1號所在的區域擁有更多孔洞。
磁場之謎
航海家2號磁場儀器進行的觀察證實了航海家1號令人震驚的結果：該區域的磁場剛好在日球層頂上方，與日球層內的磁場平行。相對於航海家1號，科學家只有這些磁場的一個樣本，無法確定資料是整個外部區域的特徵還是偶然的。斯通（Stone）說：「航海家2號的磁力儀觀測結果證實了航海家1號的發現，並表明這兩個磁場是對齊的。」
航海家探測器們於 1977 年發射升空，兩台探測器均有飛掠木星和土星。航海家2號藉由土星改變了航向，以便飛掠天王星和海王星，執行了有史以來這些行星僅有的近距離飛越。航海家探測器完成了它們的行星巡迴之旅，並於 1989 年開始了星際飛行任務，達到了日球層頂。航海家1號是兩個探測器中速度最快的，目前距太陽超過 136 億英里（220 億公里）。航海家2號距離太陽 113 億英里（182 億公里）。訊號從航海家2號到地球大約需要 16.5 小時。相比之下，從太陽傳播的光大約只需要 8 分鐘就可到達地球。
萌芽站長真的很感謝這兩台探測器與科學家，為人類提供了如此多對於未知宇宙的資訊！希望這篇經過我細心翻譯與詮釋的文章大家會喜歡。
✎ 參考資料 · References
《上一篇》20191016哈伯太空望遠鏡觀測到其第一個確認的星際彗星 - 鮑里索夫彗星 
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