NASA的旅行者1号探索了我们日光层的外部极限

这位艺术家的概念表明，美国宇航局的旅行者1号太空船正在探索我们日球层外边界处的一个称为“耗尽区”或“磁性高速公路”的区域，太阳在其周围吹来的气泡。在这个区域，我们的太阳产生的磁力线（黄色弧线）不断堆积，并在不断增强，在日光层湍流外层（绿点）中加速的低能带电粒子消失了。科学家认为，耗尽区是旅行者1号到达星际空间（恒星之间的空间）之前必须经过的最后一个区域。旅行者1号在2004年通过了一次冲击波，称为终止冲击，太阳风突然变慢并变得湍急。然后在2010年，它进入一个称为“停滞区”的区域，在那里太阳风的向外速度减慢至零，并偶尔反向。在减速和停滞区域，来自我们日球层的低能带电粒子的流行率急剧上升，并用绿点表示。图片来源：NASA / JPL-加州理工学院

现在距地球超过180亿公里，美国宇航局的旅行者1号（Voyager 1）即将进入星际空间。利用航天器飞行过程中的数据，多项新研究提供了对我们日球层外边界“耗尽区”或“电磁高速公路”的新见解。

加利福尼亚州帕萨迪纳市-旅行者1号的数据现在距太阳超过110亿英里（180亿公里），这表明该航天器已接近成为第一个到达星际空间的人造物体。

使用旅行者1数据进行的研究并在今日的《科学》杂志上发表，它提供了有关航天器在离开日球层或太阳周围的气泡并进入星际空间之前将经过的最后一个区域的新细节。三篇论文描述了旅行者1号进入电磁高速公路这一区域是如何同时观测到迄今为止来自太阳圈外部的带电粒子的最高速率以及来自太阳圈内部的带电粒子的消失的情况。

科学家已经看到了他们期望看到的三个星际到达信号中的两个：带电粒子随着它们沿着太阳磁场的放大而消失，以及来自远处的宇宙射线放大。科学家们还没有看到第三个信号，这是一个突然的变化。在磁场方向上，这将指示星际磁场的存在。

“由于人类最遥远的侦察员1号航行，星际空间之前的这个陌生的最后一个区域成为人们关注的焦点，”帕萨迪纳加州理工学院航海家项目科学家埃德·斯通（Ed Stone）说。“如果孤立地观察宇宙射线和高能粒子数据，您可能会认为航海家已经到达星际空间，但研究小组认为航海家1号尚未到达那里，因为我们仍处于太阳磁场的范围内。”

科学家们不确切知道旅行者1号到达星际空间必须走多远。他们估计可能要花几个月甚至几年的时间才能到达那里。太阳系的延伸范围超过太阳系中所有行星的至少80亿英里（130亿公里）。它主要由太阳磁场和从太阳向外扩展的电离风所控制。在日球层外，星际空间充满了来自其他恒星的物质以及银河附近区域中存在的磁场。

旅行者1号和它的双飞船旅行者2号于1977年发射升空。在1990年开始执行星际任务之前，他们参观了木星，土星，天王星和海王星。他们现在的目标是离开日光层。测量日光层的大小是旅行者计划的一部分。

这组动画展示了NASA的旅行者1号太空船在探索我们太阳系中一个称为“磁性高速公路”的新区域。在该区域，太阳的磁力线连接到星际磁力线，从而使来自日光层内部的粒子滑开，并使来自星际空间的粒子放大。

《科学》杂志重点研究了旅行者1号的宇宙射线，低能带电粒子和磁力计仪器在2012年5月至9月之间进行的观测，以及一些额外的带电粒子数据，这些数据截至今年4月为止。

旅行者2号距离太阳约90亿英里（150亿公里），并且仍在太阳圈内。8月25日，旅行者1号到达太阳的电磁公路（也称为耗尽区）与星际空间相连，距太阳约110亿英里（180亿公里）。该区域允许带电粒子沿着平滑的磁力线进入和离开日球层，而不是像被困在本地道路上那样在所有方向上弹跳。在该地区，科学家们首次发现了来自垂死恒星的低能宇宙射线。

“我们看到起源于太阳的粒子急剧而迅速地消失了。它们的强度降低了1000倍以上，就好像在磁力公路的入口坡道上有一个巨大的真空泵一样。”约翰霍普金斯大学应用物理实验室的低能量带电粒子仪器首席研究员Stamatios Krimigis说。马里兰州劳雷尔。“我们从未见过如此大的下降，除非旅行者34号旅行者1号在大约34年前退出了木星的巨大磁层。”

旅行者1号观察到的其他带电粒子行为也表明，航天器仍处于过渡到星际介质的区域。跨入新区域时，来自太阳系的带电粒子下降最快的是沿着太阳磁场线射得最直的粒子。垂直于磁场运动的粒子并没有那么快地减少。但是，沿着电磁高速公路区域中的磁力线移动的宇宙射线比垂直于磁场的宇宙射线的人口密度要大一些。在星际空间中，带电粒子的移动方向并不重要。

在大约24小时的时间内，来自太阳的磁场也开始堆积，就像汽车停在高速公路出口坡道上一样。但是科学家们能够量化出磁场几乎没有改变方向-不超过2度。

其中一篇论文的主要作者伦纳德·伯拉加（Leonard Burlaga）说：“一天在该地区产生了如此大的变化，磁场突然翻倍，变得异常平滑。”他位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心。“但是，由于磁场方向没有明显变化，因此我们仍在观察起源于太阳的磁力线。”

位于加利福尼亚州帕萨迪纳的NASA喷气推进实验室制造并运营了“旅行者”号航天器。帕萨迪纳市的加州理工学院为NASA管理JPL。旅行者号飞行任务是美国国家航空航天局太阳物理学系统天文台的一部分，该观测站由位于华盛顿的美国国家航空航天局总部的科学使命委员会的太阳物理学部赞助。

有关旅行者号飞船任务的更多信息，请访问：http://www.nasa.gov/voyager和http://voyager.jpl.nasa.gov。

刊物：

E. C. Stone等人，“旅行者1号观测到在一个充满日球离子的区域中的低能银河宇宙射线”，科学，2013年，DOI：10.1126 / science.1236408L。F. Burlaga等人，“旅行者1号进入太阳鞘耗尽区时的磁场观测”，科学，2013年； DOI：10.1126 / science.1235451S。M. Krimigis等，“搜索出口：“旅行者1号在Heliosphere与银河的边界”，《科学》，2013年； DOI：10.1126 / science.1235721

图像：NASA / JPL-加州理工学院