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差不多整整44年前 , 美国宇航局(NASA)发射了旅行者2号无人飞船 , 它被天文学家寄予厚望 。 由于旅行者1号中途意外改变飞行轨道 , 在探测两大气态巨行星木星和土星之后 , 取消了原计划对两大冰巨行星天王星和海王星的探测 。
在飞掠两大气态巨行星之后 , 旅行者2号继续飞往两大冰巨行星 , 发回了前所未有的探测数据 。 此后一直到现在 , 人类再也没有去探测过天王星和海王星 。
按照离开地球时 , 火箭给予旅行者2号的速度 , 它最终会以偏心率很高的椭圆轨道绕着太阳公转 。 但随着旅行者2号飞掠木星之后 , 通过引力弹弓效应加速 , 获得了足够快的速度来摆脱太阳引力的束缚 。
旅行者2号不断朝着太阳系深处进发 , 去往人类从未到过的未知领域 。 当旅行者2号飞行到178亿公里外时 , 它撞上了一堵“火墙” 。 该火墙由数万度高温的等离子体组成 , 那么 , 这是不是太阳系的边界呢?它会不会阻止旅行者2号飞向星际空间呢?
海王星是目前已知离太阳最远的行星 , 但那里并非是太阳系的边界 。 在海王星外面还有布满小行星的柯伊伯带 , 距离太阳45亿至75亿公里 , 此前被踢出九大行星的冥王星就位于此 。 在柯伊伯带更远的地方 , 还有分布着零星冰冻天体的离散盘 , 那里最远离太阳160亿公里 。
太阳系与星际空间之间并没有明显的分界 , 要界定太阳系的确切大小不是一件容易的事情 。 一般来说 , 我们可以通过两种力量来定义太阳系的范围 , 一个是太阳风 , 还有一个是太阳引力 。
【黑洞|飞行178亿公里,飞船撞上3万度“火墙”,人类无法飞出太阳系吗?】从狭义上来说 , 太阳系的边界可由太阳风来定义 。 太阳把高能带电粒子抛射到太空中 , 形成强大的太阳风 。 当这些高能粒子进入太空深处 , 与来自太阳系外的星际介质相遇时 , 从最初的200至800公里/秒迅速降下来 , 直到停止 , 这个边缘被称为太阳风层顶 。
当旅行者2号距离太阳约178亿公里时 , 来自太阳的粒子逐渐消失 , 而来自星际空间的高能粒子密度突然升高了20倍 , 那里的宇宙辐射非常强烈 。 不仅如此 , 温度还高达3万至5万度 。 在那里 , 原子核外的电子被电离成自由电子 , 由此形成了高温等离子体“火墙” 。
这个高温火墙的存在出乎意料 , 引发人们担忧探测器能不能飞出太阳系 , 以及未来人类能不能进入星际空间 。 旅行者2号传回地球的探测数据不禁让人感到失望 , 难道人类真要被困在太阳系中吗?
就目前来看 , 这堵火墙是安全的 , 比旅行者2号飞得更快的旅行者1号早已穿过去了 。 火墙的温度确实非常高 , 但对飞船所能造成的危害其实是非常有限的 , 更不会让飞船汽化掉 。
人造材料的最高熔点不到5000度 , 在数万度的高温下 , 任何已知的材料都应该会汽化 , 形成等离子体 。 然而 , 在火墙这样的数万度高温环境中 , 飞船可以安然无恙 。 至于原因 , 就需要涉及到温度的定义了 。
温度本质上反映的是粒子的热运动剧烈程度 , 粒子速度越快 , 温度越高 。 火墙中的粒子运动速度很快 , 使其温度可以达到几万度 。 然而 , 火墙中的等离子体非常稀薄 , 要比地球表面的空气稀薄得多 , 所以飞船在那里只会接收到极少的热量 , 温度也就不会大幅升高 。
因此 , 旅行者2号可以安全地从火墙中穿过 。 不过 , 旅行者2号还没真正意义上飞出太阳系 , 因为广义上的太阳引力主宰半径可达1光年 。 太阳系被巨大的奥尔特云所笼罩 , 它起始于距离太阳3000亿公里的地方 , 直至1光年(将近9.5万亿公里)外的太阳系边界 。
以旅行者2号目前每秒15.3公里的速度 , 它预计会在580年后进入奥尔特云 , 然后于2万年后离开奥尔特云 , 真正飞出太阳系 。 旅行者2号没有目的地 , 它未来就像太阳以及银河系中的另外上千亿颗恒星那样 , 绕着银心公转 。
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