飛了185億公里,旅行者號發現真空物質越來越多,究竟怎麼了?

天空之城 2020/10/20 檢舉 我要评论

太空很空,比地球上我們能夠製造的真空還空得多,但它並不是絕對的空,總還是有一些粒子存在,我們發射的探測器能夠測出太空的物質密度。

美國宇航局(NASA)上世紀70年代發射的兩艘航天器旅行者1號和2號都已飛出了太陽系的日球層頂,進入了星際空間。你想的可能是,星際空間應該更空曠,物質密度應該低於太陽系內部,然而這兩艘飛船最新發回的資料卻讓人大跌眼鏡,越往星際空間深處飛,它們測得的物質密度反而越來越大,這究竟是怎麼回事呢?科學家們暫時還無法準確解釋。

旅行者1號和2號都是在1977年發射的,經過35年和41年的長途跋涉後,它們分別在2012年和2018年穿過了日球層頂——太陽風和星際介質交匯的地方,正式進入了星際空間。

在太陽系裡,太陽風的質子和電子密度平均為3-10個/立方釐米,離太陽越遠,其密度就越低。而根據此前的計算,銀河系中星際介質的平均電子密度約為0.037個/立方釐米,日球層頂以外的等離子體密度約為0.002個電子/立方釐米。可以作為對比的是,一個50公斤的人,身體裡每立方釐米大約有200萬億億個粒子,人類製造的保溫瓶,所謂的真空裡面仍然有1萬億到100萬億個粒子。

兩艘旅行者號飛船穿越日球層頂時,其等離子體波科學儀器都探測到了等離子體的電子密度,旅行者1號在183億公里處探測到0.055個電子/立方釐米,旅行者2號在179億公里處探測到0.039個電子/立方釐米,兩者數值基本一致。

但在星際空間中繼續飛行了29億公里後,旅行者1號發來了令人吃驚的資料,星際介質的密度增加到了0.13個電子/立方釐米;而旅行者2號僅僅多飛了6億公里,到達185億公里處,就發現介質密度增加到了0.12個電子/立方釐米。

這究竟是怎麼回事呢?科學家們百思不得其解,雖然比起地球表面1立方釐米空氣中就有10萬億個電子來,這個密度似乎不足掛齒,但在星際空間這卻是一個非常重要的問題,尤其是還不知道這是什麼原因導致的情況下。

研究人員認為一種可能性是,當星際磁場線覆蓋在日球層頂時,磁場線會變得更強,可能會形成一種電磁離子迴旋不穩定性,耗盡覆蓋區域的等離子體,而旅行者2號也確實在穿越日球層頂時探測到了比預期更強的磁場。

另一種可能則是,星際風吹來的物質在到達日球層頂時會減速,從而導致某種交通堵塞,這可能在新視野號上已經探測到了,它在2018年捕捉到了日球層頂中中性氫積聚產生的微弱紫外線信號。

科學家們認為,也有可能是這兩種機制都同時發揮了作用,未來旅行者號傳回更多的資料,或許有助於搞清楚這個問題。

是不是完全無法想像?我們自認真空的保溫瓶,粒子數竟然達到了每立方釐米上萬億顆;我們認為的完全真空,銀河系的星際空間,每立方釐米仍然有0.1個粒子,相當於我們身體大小的空間裡,就有數千個粒子;尤其不可思議的是,人類四十多年前製造的探測器,飛到如此遙遠的地方竟然還能用,還能探測出比保溫瓶真空稀薄十萬億倍以上真空中的粒子數目,科學家們還能從中發現細微的差別,並努力尋找原因以徹底瞭解宇宙的奧秘,人類文明的發展,可能早就已經超出絕大多數人的認知視界以外了。如果我們不能伸長脖子努力眺望這個視界,也許很快就會被科學淘汰。

這項研究發表在8月25日《天體物理學雜誌快報》上。

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