最新星际探测器将超越旅行者号 | 流行科学

我们生活在一个巨大的等离子球体的中心，这个球体是由太阳在穿越星际空间时膨胀形成的。为了更多地了解当太阳拖着它在银河系中穿梭时，这个球体是如何运作的，研究我们钟爱的这团热空气的科学家们渴望走出我们的保护泡，近距离观察。但他们将需要一个快速且功能强大的探测器来完成这项任务。

人类首次两次进入所谓的星际空间都是偶然的。在1979年至1989年间，旅行者1号和2号利用了175年一次的行星排列机会，让研究人员近距离观察了木星、土星、天王星和海王星。探测器完成了这项任务，然后继续前进，踏上了从未预料到但却革命性地改变了我们对太阳在银河系中地位的理解的第二项任务，即抵达太阳影响范围的边缘。

对于这次恰如其分地命名为“星际探测器任务”的下一次旅行，研究人员计划做好充分准备。为此，约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的一个团队于周一在欧洲地球科学联合会全体大会上展示了该倡议的最新进展，该倡议已发展到包括100多名科学家。他们表示，现有技术使得在更短的时间内比旅行者号走得更远，并在过程中发现更多关于我们太阳系的奥秘成为可能。

“这对科学家来说就像糖果店，”约翰·霍普金斯大学的物理学家兼任务项目科学家Pontus Brandt在最近一次讨论该项目的研讨会上说。但“如果没有一个扎实的执行计划，这只会是一个梦想，甚至是一个幻觉。”

新的旅程

Brandt数十年如一日地梦想着星际探索。他的早期职业生涯是在北极圈进行等离子体物理研究，那里漆黑的夜空和广阔的星空让银河系的其他部分感觉异常接近。

NASA相对较近才认真考虑开发旅行者号的后续探测器。一直以来人们都对另一架星际探测器感兴趣，但没有人愿意再等40年，眼看着它慢慢地抵达太阳的影响范围之外。然而，到2019年，随着NASA下一代火箭太空发射系统（SLS）的开发接近尾声，太空总署开始思考用它强大的新动力能实现什么。Brandt与项目主管会面，解释了SLS的强大能力如何能够实现一个相对快速的星际任务。

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SLS，最早可能在今年首次发射，旨在将数十吨的载荷送往近地轨道、月球和火星进行悠闲的旅行。或者，Brandt说，它也可以迅速将一个约一吨重的探测器送入深空。

这艘航天器将以两倍于旅行者号的速度飞行，并在木星的加速帮助下，只需12年就能到达环绕太阳的等离子体包层的内边缘。然后，它将继续进入星际空间，在发射后50年内到达比冥王星轨道远十倍的距离——这是旅行者号探测器预计断电距离的两倍多。这项任务在距离和持续时间上都将远远超越NASA以前的所有任务。

“这不仅仅是又一项任务，”Brandt说。“这是人类迈向恒星间空间的第一步。”

新的星际视角

如果星际探测器能到达那里，它的主要任务将是弄清楚那里的空间与这里（“这里”是指靠近我们恒星的空间）有什么不同。

我们生活在一个由太阳吹拂而成的巨大磁化气泡的中心附近。气泡主要充满了极其稀薄的等离子体——一种由带电粒子组成的热气体。当太阳加热附近的原子时，它会将它们分解，产生的带电离子沿着其磁场向外流动，形成太阳风，从而充胀“日鞘”。日鞘通过偏转宇宙中可能有害的宇宙射线（约占70%）来保护我们免受宇宙射线的影响。

天文学家已经拍摄了其他恒星周围类似气泡（通常称为“星周包层”）的图像，并发现它们可以呈现各种各样的形状，这取决于恒星风的强度、它穿过星际空间周围等离子体和尘埃的速度，以及这些等离子体和尘埃的密度。

但我们的日鞘对我们来说仍然是大部分看不见的。虽然像卡西尼号和IBEX这样的探测器已经能够辨别出一些大的特征，但研究人员对如何解释他们的发现存在分歧。也许我们的太阳系像彗星一样拖着一条长长的尾巴。或者，日鞘可能向两侧膨胀形成一个新月形。从我们在中心的视角来看，很难判断。“你在云层里面，试图弄清楚它是什么样子，”Brandt说。

一个星际探测器可以回望，并从外部视角绘制出我们日鞘的第一张确定性地图。

而这仅仅是该探测器可能发现的开始。两架旅行者号航天器解决了一些谜团（理论家曾预计太阳风会在土星附近减弱，但探测器在更远的地方遇到了一个“终止激波”边界，是预期的十倍多），同时也揭示了更多谜团。星际等离子体看起来异常寒冷，太阳的磁场似乎延伸得太远，整个气泡都在因太阳活动而脉动。

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除了与太阳相关的目标外，星际探测器合作项目还在评估增加摄像头的可行性。可见光设备可以拍摄类似冥王星的矮行星创神星的特写照片，它在地面望远镜中只显示为一个微弱的光点。红外仪器可以捕捉到星际空间的弥漫背景光，其中包含来自宇宙最早星系的光。