1977年9月5日,旅行者1号從地球出發,它的速度超過了第三宇宙速度,這使得它有機會離開太陽系。
在飛離地球20年後,它追上先驅者10号,成為距離太陽最遠的人造飛船,并一直保持至今——這個稱号可能還會繼續保持很長、很長時間。
關于旅行者1号有兩個最出名的報道:
1990年,它在距離地球60億公裡的地方拍下了最遠的地球照片——暗淡藍點,這個最具藝術價值;
圖注:暗淡藍點
以及2012年鋪天蓋地的新聞報道它成為第一艘飛離太陽系,進入星際空間的人造飛船,這是一件最具裡程碑意義的事情。
那麼,太陽系究竟有多大呢?旅行者1号是不是真的已經飛離太陽系了呢?
太陽系有多大?
雖然太陽系大小有幾種不同的定義方式,但無論哪種,就人類和地球而言,我們的太陽系都大到難以想象。
圖注:太陽系成員的真實比例
當涉及到龐大的天文學距離時,那都是天文數字,我們普通的計數方式似乎顯得有點渺小,于是天文學家們創造天文單位 (AU) 來表示這些距離,1AU表示地球到太陽的平均距離,差不多是1.5億公裡。
“暗淡藍點”的拍攝位置差不多距離地球就是40AU,旅行者1号飛行了12年多的時間才到達這個位置。
圖注:旅行者1号的運行軌迹
據說許多人看到“暗淡藍點”會感受到人類的渺小,因為在這個距離下的地球連一個像素都不到。
有些人認為太陽系的大小應該截止于海王星所在的軌道,這是八大行星中距離太陽最遠的行星,它的遠日點差不多是30.33AU,這個距離就是這種算法下太陽系的半徑了。
如果按照這樣的算法,“暗淡藍點”已經是在太陽系外拍攝的照片了,所以地球顯得渺小也就在情理之中了。
旅行者1号飛離太陽系指的是哪裡?
許多媒體都說旅行者1号已經飛離了太陽系,事實上指的是它穿越了日球層頂,這是太陽風的壓力等于星際介質反向壓力的地方。
太陽風是一種從太陽向外發出的帶電粒子流,是一種等離子體,它一直向外延伸,并且遠超出海王星所在的位置。
與此同時,來自宇宙的星際等離子體也一直向太陽滲透,太陽風就像地球制造的磁場一樣起到了阻擋星際介質滲透的作用。
圖注:太陽風制造的幾個區域注釋
太陽風在太陽周圍制造了一個巨大的、類似氣泡一樣的區域,這個被稱為日球層(有些地方寫作日光層)。
太陽風和星際介質接觸的地方被稱為終端激波層,從終端激波層開始,太陽風持續被星際介質削弱,在日球層頂完全停止,太陽風和星際介質共同作用的這片區域被稱為日鞘。
日球層保護着整個太陽系免受來自系外大量有害宇宙射線的侵擾,不過有一種除外,那就是不帶電的伽馬射線,所以伽馬射線暴(恒星燃盡坍縮形成)非常危險,甚至被認為是毀滅地球文明的潛在風險之一。
由于太陽風的影響結束于日球層頂,所以許多天文學家認為日球層的大小就應該是太陽系的大小。
按照這種算法的話,太陽系的半徑在100AU左右,旅行者1号用了将近35年的時間才飛出去。
圖注:日球層在星際介質中移動
旅行者1号的下一站:奧爾特雲
雖然,太陽風影響的範圍十分有限,但太陽引力的影響範圍非常廣泛,事實上科學的共識是:太陽系應該結束于太陽引力不占主導的地方。
在太陽引力主導的最外圍,或許有着一片非常廣泛的、類似于火星和木星之間的小行星帶一樣的區域。
20世紀50年代,荷蘭天文學家奧爾特引入了這個概念,并以奧爾特雲命名了這塊區域。
由于距離太陽太遙遠了,該區域任何物質所能反射的太陽光都十分微弱,所以即便我們現在使用地球上最大的望遠鏡,也基本無法觀測。
不過,這片區域非常“熱鬧”,就像小行星帶一樣的可能性很大,因為我們現在所知道的周期性的彗星基本都起源于奧爾特雲。
對太陽引力的測算,以及對周期性彗星的軌道觀測,科學家們認為以太陽我中心,奧爾特雲開始于2000AU,結束于20萬AU。
這個時候用“天文單位”來測算距離好像也有點不足了,所以可以換算成光年(光一年走的距離),奧爾特雲的距離就是在0.03到3.2光年之間。
那麼科學的定義,太陽系的半徑應該就是在3.2光年左右,在此之外,其它天體的引力将強過太陽,而在此之外的其它物質将不屬于太陽系的物質。
旅行者1号現在大約距離我們大約145AU,它以大約6萬多公裡每小時的速度遠離太陽,所以會在550年後進入奧爾特雲,然後在奧爾特雲裡穿梭6萬年左右,它才會飛離太陽系,真正進入太陽系外的宇宙空間。
最後
随着可用電力的減少,旅行者1号不得不逐漸關閉一些儀器,目前,作為電源管理的一部分——加熱器和其他航天器系統已被全部關閉,預計在2025年之後它将關閉所有儀器,從此之後估計就不會它的“音訊”了。
旅行者1号沒有被設定為拜訪某一顆恒星,不過在4萬年後,它會在距離格利澤445大約1.6光年的地方飛過。
屆時,旅行者1号會成為一艘從太陽系出發,卻距離另外一顆恒星(比太陽)更近的人造飛船。