與生俱來的求知慾和探索欲讓人類一刻不停地對未知的宇宙進行著探索,如今,我們已經到達過距離地球最近的行星——月球,但是距離揭開整個宇宙的神秘面紗還有很遙遠的一段距離。由於科技水平等等因素的限制,人類大多數時候只能透過星際探測器對宇宙深處的事物進行探索。
Tips:月球Moon,是圍繞地球旋轉的球形天體,同時也是地球唯一的天然衛星。在漢語中被俗稱為月或月亮,古時又稱為太陰、玄兔、嬋娟、玉盤。
旅行者2號應該是相當出名的一個探測器了,它曾經肩負著探測金星、火星和水星的任務,並且在完成了這個任務之後,繼續朝著宇宙深處飛行,甚至飛到了太陽系的邊緣。但是在這裡,它卻遇到了一堵 “火牆”阻擋去路。這是否意味著,人類永遠也無法越過這道“火牆”,飛出太陽系?
旅行者2號
迄今為止,人類已經向太空發射了5次星際探測器,它們分別是先驅者10號、11號,旅行者1號、2號以及新視野號。其中,我們聽得最多的應該是旅行者1號的名字,因為它是目前距離地球最遠的探測器。應該很少有人知道,旅行者2號實際上是比旅行者1號更早發射的。只不過旅行者1號在發射之後,逐漸超越了旅行者2號,成為了第一個飛越太陽系的星際探測器。不過,旅行者2號在航空航天方面做出的貢獻並不比旅行者1號要少,它發回的資料也讓科學家們知道了一個重要的事實。
Tips:旅行者2號以一個有些不同的軌跡接近土星,透過接近泰坦(土衛六)的引力而產生的引力彈弓。探測完土星後,它又繼續飛向天王星和海王星。
1977年8月20日,旅行者2號成功發射升空,進入了預定的軌道開始執行目標任務。事實上,旅行者2號一開始並不叫這個名字。因為按常理來說,第一次發射的同系列探測器一定不能叫2號,而應該叫1號。當時,旅行者2號負責探測火星、金星和水星,屬於“水手計劃”中的一名成員,因此被命名為“水手12號”。然而,這個計劃在旅行者1號發射之後改變了。旅行者1號發射後不久,“水手12號”的探測目標就改為探測遙遠的木星和土星,與此同時,它的名字也從“水手12號”更改為了“旅行者2號”。
Tips:土星是氣態巨行星,主要由氫組成,還有少量的氦與少量元素,內部的核心包括岩石和冰,外圍由數層金屬氫和氣體包覆著。
旅行者2號和旅行者1號都來到了不同軌道,一個是木星軌道,一個是土星軌道,它們對這兩顆行星及其衛星進行了深入探索。由於旅行者2號的加入,旅行者1號的工作負擔一下子得到了緩解。因此,旅行者1號在探測完了木星和土星之後,就利用引力彈弓效應朝太陽系邊緣飛去了。在這個時候,旅行者1號的任務已經變成了對太陽系邊緣的其他行星以及柯伊伯帶進行探測。
Tips:柯伊伯帶英語:Kuiper belt,又稱作倫納德-柯伊伯帶,另譯柯伊伯帶、古柏帶,是位於太陽系的海王星軌道(距離太陽約30天文單位)外側,在黃道面附近的天體密集圓盤狀區域。
而旅行者2號在完成了自己和木星、土星相關的探測任務後,同樣也利用引力彈弓效應飛到了天王星和海王星附近,並且在2012年完成了對這兩顆行星的探測。旅行者2號記錄了遙遠太陽系中這兩顆行星的表面狀態,並且第一次將海王星表面的神秘大黑斑直接呈現給了世界。與此同時,旅行者2號也在沿途過程中發現了這顆行星的16顆新衛星,成為探測行星和衛星數量最多的探測器。
Tips:引力彈弓就是利用行星的重力場來給太空探測船加速,將它甩向下一個目標,也就是把行星當作“引力助推器”。
2008年11月,從旅行者2號返回的資料上顯示,它已經到達了太陽風粒子所能到達的最遠點——日光層的邊緣。如果按照太陽粒子能夠影響的範圍來衡量太陽系的大小,那麼此時航海者2號已經到達了太陽系的邊緣。令科學家驚訝的是,航海者2號此時返回的資料顯示,它所經過的空間溫度高達4萬攝氏度,就像是從一道“火牆”中穿過。
“火牆”是什麼樣的存在
到達太陽系邊緣的時候,旅行者2號已經在宇宙中飛行了40年了。在這裡,它向人類呈現了一道“火牆”,其劇烈燃燒的樣子簡直和神話傳說裡地獄中的景觀沒有什麼區別。科學家們透過分析發現,這道“火牆”實際上起源於太陽這個巨大的恆星。在旅行者2號到達這裡之前,人類根本不知道在太陽系邊緣有這樣一個存在。
Tips:日光層是太陽結構中大氣稀薄的最外層,這一層充滿太陽風等離子體。日光層始於太陽風流動比阿爾芬波速度還快的位置,差不多是20倍太陽半徑的地方。
在這道“火牆”的形成過程中,那些源自太陽的物質與太陽本身共同發揮作用。當太陽為地球帶來熱量並且維持著地球生物的生存時,太陽系邊緣的這堵牆同時也能夠保護地球免受致命的星際輻射。因此,從本質上講,太陽是我們星球的生命賦予者和保護者。更不用說它還能保護我們整個太陽系免受除小行星之外的所有威脅。
科學家們認為,這其實是一個等離子層,是由從太陽向外吹出的太陽風形成並維持的,這些太陽風在太陽系邊緣形成了一個巨大的氣泡。然而,事實上,我們並不能以一種客觀的方式對這道“火牆”進行認知和了解,因為我們所獲得的資料都是由旅行者2號帶回來的。按照目前的科學水平來看,人類想要近距離觀察並研究這道“火牆”完全是一件不可能的事情。
Tips:太陽系的形成大約始於46億年前一個巨型星際分子云的引力坍縮。還有很多衛星繞轉在行星或者小天體周圍。小行星帶外側的每顆行星都有行星環。
儘管旅行者2號在這個等離子層中被困住了一段時間,但由於它本身帶有隔熱罩,所以能夠在穿越這道“火牆”的過程中倖存下來,目前正在前往太陽系之外的星際空間。如今,這些太空探測器給人類帶來了難以置信的資料,儘管最初是被設計用於研究太陽系氣態巨行星的,但旅行者2號的表現卻遠遠超過了一開始給它制定的目標和任務。
旅行者2號不僅造訪了木星、土星、天王星和海王星,避開了宇宙中許多可以摧毀它的危險天體,它還攜帶了一張傳奇的黃金唱片。這張光碟記載了我們人類的文明、時間和起源,所有這些都是為了遙遠未來的航天社會的利益。它能夠向任何可能發現它的外星生命講述我們人類和地球的故事,為它們描繪我們星球上生命和文化的多樣性。
Tips:隔熱罩可以耐高溫,主要的作用是隔熱,耐高溫。還有一個好處就是提高排氣的溫度提高效率。
如今,旅行者2號可能到達了太陽系之外的環境,但與整個宇宙的空間距離相比,它並沒有走多遠,現在的它仍然還在奧爾特雲的範圍中。但事實證明,我們人類其實對地球附近的宇宙環境非常陌生,甚至可以說是一無所知。不過,旅行者2號發回的資料已經證實,太陽影響日光層內部的輻射遠沒有外部那麼具有壓迫性。在人類進行太空旅程的程序中,這一事實將給我們帶來更多的希望和可能性。
Tips:奧爾特雲是一個假設包圍著太陽系的球體雲團,佈滿著不少不活躍的彗星,距離太陽約50000~100000個天文單位,最大半徑差不多為1光年,即太陽與比鄰星距離的四分之一。
儘管“火牆”看起來十分可怕,但由於旅行者1號和旅行者2號已經成功穿越了這道牆,這證明我們人類已經擁有讓無生命物體透過它的技術。所以接下來,我們需要研究的就是如何讓人類穿越太陽系外的高強度輻射。多虧了旅行者2號傳回的資料,我們有了更多進行科學研究的基礎資料。儘管太陽系外如此高的輻射水平讓許多科學家都覺得驚訝,但至少我們已經知道了即將要面對的是什麼。有了這樣的認知之後,就不至於盲人摸象,也能夠少走很多彎路。
Tips:輻射的能量從輻射源向外所有方向直線放射。物體透過輻射所放出的能量稱為輻射能。輻射按倫琴 /小時(R)計算。輻射有一個重要特點,就是它是“對等的”。
隨著旅行者2號和地球的距離越來越遠,它到達的人類未知的宇宙空間也越來越多。值得慶幸的是,人類將繼續從它那裡接收資訊資料。在經歷了40年的工作時間之後,旅行者2號依然能夠為人類提供可靠的服務,並且很有可能還會持續一段時間,這對人類的科學研究來說是一個好訊息。
人類能夠飛出太陽系嗎
從古代的神話傳說到如今的科幻作品,人類一直都在為成為星際物種的想法而著迷。不少人都期待著,是否有一天,人類能夠離開地球、離開太陽系、甚至離開銀河系。可能會讓人覺得失望的是,儘管現在人類的航空航天技術取得了不小的進步,但現實是人類仍然被困在地球上。我們的技術已經能夠讓探測器到達甚至飛越太陽系的邊緣,但人類並不能到另外一個星球上生活,更無法親自抵達太陽系邊緣。
Tips:銀河系自內向外分別由銀心、銀河、銀盤、銀暈和銀冕組成。銀河系中央區域多數為老年恆星(以白矮星為主),外圍區域多數為新生和年輕的恆星。
這是因為,當地球形成的時候,實際上吸收了宇宙中大量的能量。而我們如果想要從地球甚至太陽系中逃離,到達遙遠的宇宙空間中,那麼我們就必須將這些能量重新歸還到宇宙當中。我們都知道,發射火箭、探測器、衛星等等,都是需要燃料作為動力的,這實際上就是補償宇宙能量的一種方式。而我們透過常識也知道,如果我們要改變速度或者方向,一定是要消耗能量的。
Tips:燃料廣泛應用於工農業生產和人民生活,能透過化學反應釋放出能量的物質。燃料有許多種,最常見的如煤炭、焦炭、天然氣和沼氣等等。
宇宙中所有有質量的東西都會吸引其他有質量的東西,這種現象我們稱之為引力。大約 45 億年前,重力使數以億計的塵埃粒子聚集在一起形成了我們的星球,在這個過程中,需要大量的能量。這種行星在形成過程中創造了一個“重力監獄”,將我們困在這個星球上。
Tips:任意兩個物體或兩個粒子間的與其質量乘積相關的吸引力,也是自然界中最普遍的力,簡稱引力。
你可以把它想象成重力井,就好比將一個鐵球放在一塊撐起來的布上面,鐵球越往下落,那麼就需要越多的能量離開這塊布。而我們生活的地球,實際上是位於這個重力井底部的,所以想要離開這個星球,我們就需要消耗和形成地球時同等的能量。
更何況我們在發射各種航天器的時候,在過程中還會損耗大量的能量。在進入大氣層的時候,我們需要克服大氣阻力,燃料的燃燒過程中,也會有相當一部分能量轉化為熱能。最重要的是,一個能夠被髮射進入太空的物質重量是有限制的。這被稱為“火箭方程式的暴政”,也就意味著人類只能將質量在一定範圍內的東西送入宇宙空間。這也是我們無法逃離太陽系的主要原因之一。
Tips:妨礙物體運動的作用力,稱“阻力”。在一段平直的鐵路上行駛的火車,受到機車的牽引力,同時受到空氣和鐵軌對它的阻力。
除此之外,人類想要離開地球和太陽系最主要的一個原因還是想要找到另外一個和地球一樣適合人類居住的星球。因為地球上的資源總有被用完的一天,而且如今地球的環境正在日益惡化。儘管地球具有自己的調節系統,但是對於地球來說,人類實際上並不屬於它的一部分。所以在地球進行自我調節的時候,自然不會考慮人類的生存狀況。這就和許多年前恐龍面對的一樣,細微的氣候變化也有可能造成許多物種的滅絕。
Tips:恐龍的矯健的四肢、長長的尾巴和龐大的身軀是部分非鳥恐龍的寫照。它們主要棲息於湖岸平原(或海岸平原)上的森林地或開闊地帶。
但是,人類想要移居到太空中是不太現實的。首先,人類很難找到一個和地球一樣,擁有適宜的陽光和淡水資源的星球。就算找到了,人類現在也不具備能夠將整個人類種群移居到另一個星球的技術。最後,人類並不能適應太空中其他行星的環境。
小結
旅行者2號為人類帶來了大量未知宇宙空間的資料,讓人類科學家能夠進行更深入的研究。但同時,它也告訴了我們,人類在短時間內想要飛越太陽系基本上是天方夜譚。那道位於太陽系邊緣的火牆將人類與太陽系外的空間隔絕開了,而且,人類想要從地球到達太陽系邊緣需要的時間也非常漫長。