跨越数十亿英里，这对“双胞胎”如何叩开星际空间之“门”？

作者：黄湘红 段跃初

在人类对宇宙的漫长探索旅程中，有一对闪耀的“双子星”——NASA 的旅行者号探测器，它们宛如无畏的先锋，跨越数十亿英里，为我们揭开了太阳系边缘及星际空间那神秘面纱的一角，彻底改变了我们对宇宙边界的认知。

《科学美国人》杂志在 2024 年 12 月 13 日刊登的一篇由 Meghan Bartels 撰写的文章，深入讲述了旅行者号的传奇故事。旅行者号探测器的设计独具匠心，其主体结构呈圆筒状，搭载着多种功能强大的仪器设备。它们装备了高精度的光学相机，能够捕捉遥远天体的清晰图像，让地球上的我们得以目睹外行星那壮丽的环带和神秘的卫星。探测器还配备了先进的光谱分析仪，通过分析天体发出的光的光谱，科学家们可以了解这些天体的化学成分和物理性质，从而推断出它们的形成和演化过程。此外，旅行者号还携带着粒子探测器，用于测量太阳风粒子以及星际空间中的高能粒子，这些数据对于研究宇宙射线的起源和传播至关重要。

自 1977 年踏上征程以来，这对双胞胎探测器就肩负着探索外行星的使命。它们先后飞掠木星、土星，旅行者 2 号还额外探访了天王星和海王星，为人类送回了这些遥远巨行星的珍贵影像和数据，让我们首次得以近距离窥探这些神秘世界的真面目。

然而，它们的使命并未随着外行星探索的结束而终止。当行星观测任务完成后，尽管仪器设备在老化、能源也在逐渐减少，NASA 科学家们还是决定让旅行者号继续前行，向着太阳系的边界进发。在漫长的旅途中，旅行者号经历了多个关键阶段。2004 年 12 月，旅行者 1 号抵达终止激波区域，这是太阳风开始急剧减速的地方；到了 2012 年 8 月，它成功穿越日球层顶，正式进入星际空间。而旅行者 2 号也紧随其后，在 2007 年跨越终止激波，并于 2018 年 11 月穿过日球层顶的另一片区域。

这些探测成果意义非凡。从科学认知的角度来看，它们让我们认识到日球层并非是一个简单、静态的边界，而是一个复杂多变、充满活力的区域。太阳风与星际介质的相互作用在此展现出令人惊叹的景象，例如在终止激波和日球层顶之间的日鞘区域，太阳物质的运动状态发生着剧烈的变化，速度减慢甚至出现反向流动。而且，太阳活动的 11 年周期如同宇宙的脉搏，深刻影响着日球层的大小和形状，使其呈现出周期性的膨胀与收缩，这一现象在探测器收集的数据中得到了清晰的体现。

星际空间的神秘面纱也被旅行者号稍稍揭开。那里有着与太阳系内部截然不同的环境，弥漫着银河宇宙射线以及来自古老恒星死亡后的尘埃。这些发现让我们对宇宙的演化和物质分布有了更深刻的思考，仿佛为我们打开了一扇通往宇宙深处历史的大门，让我们得以窥探那些遥远而古老的故事。

专家们对旅行者号的成果给予了高度评价。波士顿大学的空间物理学家 Merav Opher 感慨道：“以前我们总觉得自己对日球层挺了解，可旅行者号这一路走下来，才发现我们知道的不过是冰山一角，它的复杂和动态远超想象，这也让我们明白，宇宙还有太多的奥秘等待我们去挖掘。”普林斯顿大学的 Jamie Rankin 也指出：“在旅行者号突破日球层顶之前，我们在地球上做的那些观测，其实都受到太阳各层的干扰和过滤，而现在它们送回的数据，就像是来自宇宙深处的纯净信息，为我们提供了全新的研究视角，让我们对太阳与宇宙的关系有了更清晰的认识。”

但旅行者号的探索也并非一帆风顺，它们也留下了许多未解之谜。比如，其中一艘探测器出现了多次穿越终止激波的奇特现象，这背后的原因至今仍让科学家们争论不休。而且，日球层的整体形状到底是什么样的，目前还没有一个确切的答案，它可能像拖着长尾巴的彗星，也可能像弯弯的羊角面包，甚至可能是一种我们从未设想过的形状。

尽管如此，旅行者号的价值无可替代。它们就像是宇宙中的信使，为我们带来了来自遥远星际的珍贵信息，激发了无数人对宇宙的向往和探索欲望。虽然它们的仪器终有一天会停止工作，但它们所开启的探索之旅将永远铭刻在人类探索宇宙的历史长河中，激励着一代又一代的科学家勇往直前，去追寻那无尽的星辰大海，努力拼凑出宇宙完整而壮丽的画卷。

参考文献：

NASA’s Beloved Voyager Probes Find Puzzles beyond the Solar System｜Scientific American