飛行178億公里,飛船撞上高溫「火牆」,人類無法飛出太陽系嗎?

薛定諤的貓 2021/08/17 檢舉 我要評論
 

哇!真的第一次見哎,知識不會,衹是姿勢不對;科學凡此種種,用人話講才能聽懂

文/天空之城團隊

 

差不多整整44年前,美國宇航局(NASA)發射了旅行者2號無人飛船,它被天文學家寄予厚望。由於旅行者1號中途意外改變飛行軌道,在探測兩大氣態巨行星木星和土星之後,取消了原計劃對兩大冰巨行星天王星和海王星的探測。

在飛掠兩大氣態巨行星之後,旅行者2號繼續飛往兩大冰巨行星,發回了前所未有的探測資料。此後一直到現在,人類再也沒有去探測過天王星和海王星。

按照離開地球時,火箭給予旅行者2號的速度,它最終會以偏心率很高的橢圓軌道繞著太陽公轉。但隨著旅行者2號飛掠木星之後,通過引力彈弓效應加速,獲得了足夠快的速度來擺脫太陽引力的束縛。

旅行者2號不斷朝著太陽系深處進發,去往人類從未到過的未知領域。當旅行者2號飛行到178億公里外時,它撞上了一堵「火牆」。該火牆由數萬度高溫的等離子體組成,那麼,這是不是太陽系的邊界呢?它會不會阻止旅行者2號飛向星際空間呢?

海王星是目前已知離太陽最遠的行星,但那裡並非是太陽系的邊界。在海王星外面還有佈滿小行星的柯伊伯帶,距離太陽45億至75億公里,此前被踢出九大行星的冥王星就位於此。在柯伊伯帶更遠的地方,還有分佈著零星冰凍天體的離散盤,那裡最遠離太陽160億公里。

太陽系與星際空間之間並沒有明顯的分界,要界定太陽系的確切大小不是一件容易的事情。一般來說,我們可以通過兩種力量來定義太陽系的范圍,一個是太陽風,還有一個是太陽引力。

從狹義上來說,太陽系的邊界可由太陽風來定義。太陽把高能帶電粒子拋射到太空中,形成強大的太陽風。當這些高能粒子進入太空深處,與來自太陽系外的星際介質相遇時,從最初的200至800公里/秒迅速降下來,直到停止,這個邊緣被稱為太陽風層頂。

當旅行者2號距離太陽約178億公里時,來自太陽的粒子逐漸消失,而來自星際空間的高能粒子密度突然升高了20倍,那裡的宇宙輻射非常強烈。不僅如此,溫度還高達3萬至5萬度。在那裡,原子核外的電子被電離成自由電子,由此形成了高溫等離子體「火牆」。

這個高溫火牆的存在出乎意料,引發人們擔憂探測器能不能飛出太陽系,以及未來人類能不能進入星際空間。旅行者2號傳回地球的探測資料不禁讓人感到失望,難道人類真要被困在太陽系中嗎?

就目前來看,這堵火牆是安全的,比旅行者2號飛得更快的旅行者1號早已穿過去了。火牆的溫度確實非常高,但對飛船所能造成的危害其實是非常有限的,更不會讓飛船汽化掉。

人造材料的最高熔點不到5000度,在數萬度的高溫下,任何已知的材料都應該會汽化,形成等離子體。然而,在火牆這樣的數萬度高溫環境中,飛船可以安然無恙。至於原因,就需要涉及到溫度的定義了。

溫度本質上反映的是粒子的熱運動劇烈程度,粒子速度越快,溫度越高。火牆中的粒子運動速度很快,使其溫度可以達到幾萬度。然而,火牆中的等離子體非常稀薄,要比地球表面的空氣稀薄得多,所以飛船在那裡只會接收到極少的熱量,溫度也就不會大幅升高。

因此,旅行者2號可以安全地從火牆中穿過。不過,旅行者2號還沒真正意義上飛出太陽系,因為廣義上的太陽引力主宰半徑可達1光年。太陽系被巨大的奧爾特雲所籠罩,它起始於距離太陽3000億公里的地方,直至1光年(將近9.5萬億公里)外的太陽系邊界。

以旅行者2號目前每秒15.3公里的速度,它預計會在580年後進入奧爾特雲,然後於2萬年後離開奧爾特雲,真正飛出太陽系。旅行者2號沒有目的地,它未來就像太陽以及銀河系中的另外上千億顆恒星那樣,繞著銀心公轉。

 

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