178億公里外,探測器遭遇5萬度「火牆」,人類被困在太陽系之中?

魅力科學君 發佈 2024-01-02T04:41:28.586130+00:00

太陽系很大,人類的活動範圍卻很小,迄今為止,人類在太陽系中去得最遠的地方就是月球,不過在無人探測器的幫助下,人類還是可以去到更遠的地方,甚至有些探測器還有望在未來直接飛出太陽系,比如說旅行者2號就是其中之一。

太陽系很大,人類的活動範圍卻很小,迄今為止,人類在太陽系中去得最遠的地方就是月球,不過在無人探測器的幫助下,人類還是可以去到更遠的地方,甚至有些探測器還有望在未來直接飛出太陽系,比如說旅行者2號就是其中之一。

旅行者2號於1977年發射升空,在此之後,它利用木星、土星、天王星和海王星的「引力彈弓」進行了多次加速,其速度已經超過了太陽系的逃逸速度。引人注目的是,在飛到178億公里外的位置上時,這個探測器遭遇了一道溫度高達5萬度的「火牆」(攝氏度,下同)。

這就不免令人擔心,這道「火牆」的存在,是否意味著人類被困在太陽系之中呢?下面我們就來看一下這具體是怎麼回事。

實際上,這道「火牆」與太陽風直接相關,所謂太陽風,其實是指太陽向宇宙空間中釋放出的高速帶電粒子流,這些粒子主要是質子和電子,太陽風的速度很快,在我們地球附近,太陽風的速度通常都可以達到每秒350至450公里,最高可以超過每秒800公里。

如此強勁的太陽風,就在星際空間中「吹」出來一個「氣泡」,這也被稱為「日球層」(heliosphere),其內部主要受到太陽風的影響,外部則主要受到星際介質的影響。「日球層」的邊界則被稱為「日球層頂」,這其實就是旅行者2號遭遇的「火牆」。

旅行者2號是2018年抵達「日球層頂」的,在此之前,科學家就已經推測出這片區域的溫度很高,而造成高溫的原因,其實就是太陽風與星際介質會在該區域發生激烈的相互作用,只不過科學家給出的理論溫度應該在1.5萬至3萬度,而該探測器實際測量出的溫度卻可以達到5萬度。

可能有人會認為,在如此高的溫度下,旅行者2號就將被直接燒毀,但事實卻並非如此。原因很簡單,那就是它的能量密度非常低,旅行者2號傳回的探測數據顯示,當它在這片區域中穿行時,平均每秒只會接觸到25至50個以質子、氦原子核以及電子為主的微觀粒子。

從微觀角度來講,溫度其實就是微觀粒子在運動時的平均動能的標誌,一個系統的溫度越高,其中微觀粒子的平均動能就越高,然而想要燒毀一個物體,必須要有足夠多的熱量,而熱量除了與溫度有關之外,還與能量密度密切相關,雖然這道「火牆」的溫度可以達到5萬度,但以如此低的能量密度,其釋放出的熱量卻可以說是微乎其微,根本就不足以在宏觀上造成探測器的損壞。

當然了,在微觀層面,這道「火牆」還是可以對探測器非常細微的損傷,不過在發射之前,科學家早已給旅行者2號安裝了可以有效抵擋微觀粒子侵襲的合金外殼,所以這也不是問題。

實際情況也確實是這樣的,要知道在2012年的時候,旅行者2號的「姊妹探測器」——旅行者1號,就已經率先抵達「日球層頂」,而現在這個探測器早已穿過了這道「火牆」,並且直到現在,它依然在與地球聯繫,只不過由於它的等離子體科學分析儀在那個時候已經關閉,並因此而沒有測量出「日球層頂」的溫度。

所以一個簡單的道理就是,既然探測器都可以安然無恙地穿過「日球層頂」,人類未來的宇宙飛船當然也能做到這一點,也就是說,這道「火牆」的存在,並不意味著人類被困在太陽系之中。

值得一提的是,太陽系的「日球層」可以有效地抵禦來自星際空間的高能宇宙射線,從這方面來講,「日球層頂」可以認為是人類的「保護罩」,而不是將人類困住的「火牆」。

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