176年一遇的特殊排列，四顆巨行星連線，旅行者一號有多幸運？

在我們的太陽系,有一個每176年纔出現一次的罕見天體排列,屆時四顆巨航星,木星,土星,天王星和海王星將形成連續引力彈弓。 上次這種排列出現的時間是1977年,爲了抓住這次機遇,NASA的工程師們設計並製造了兩臺有史以來最堅固耐用的探測器,他們將要面對的是一系列宇宙的嚴酷考驗。 持續不斷的高能輻射,接近絕對零度的極寒,以及在真空中以驚人速度飛行的微小塵埃。 爲了在這場考驗中倖存下來,旅行者號如同身披重甲的宇宙騎士,其關鍵儀器和巴士大小的機身被多層絕緣材料和防護罩包裹,爲這次不可思議的旅程提供動力的,並非在太陽系外圍幾乎無用的太陽能電池板,而是一臺放射性同位速熱電發生器。 這個核電池利用不238自然衰變產生的熱量來發電,持續爲探測器提供了近半個世紀的動力。 他們最初的行星際穿越取得了巨大成功,改寫了我們對太陽系外圍的認知,他們揭示了木星上劇烈的風暴,包括著名的大紅斑,並在其衛星木衛儀上發現了火火山在吐星。 他們展示了其星環驚人的複雜結構,以及土衛六上富含氮的濃厚大氣,隨後旅行者二號獨自繼續其宏偉旅程,爲人類首次傳回了天王星和海王星的近距離圖像。 正是在這一階段,當旅行者一號準備離開行星舞臺時,他執行了一項極具象徵意義的任務,1990年2月14日,印天文學家卡爾·薩根的請求,NASA將探測器的相機最後一次轉向地球。 從61公里的創紀錄距離外,他捕捉到了我們的家園。 在浩瀚的黑暗中,地球只是一個微小的像素點,一個暗淡藍點。 這張照片美麗而深刻,它告訴我們,在這個廣闊的宇宙中,我們的世界是多麼脆弱和孤獨。 完成行星飛躍後,爲了節省日益減少的電力,旅行者號關閉了相機和其他非必要儀器。 他們雖然失明瞭,但並未失聲。 其餘的傳感器,磁力計,宇宙射線探測器和等離子體波儀器,仍在繼續感知周圍的空間,並將他們的發現穿越數十億公里的虛空傳回地球。 他們的任務從行星科學轉變爲一個更深遠的目標,尋找太陽系的邊緣。 在隨後的幾十年裏,探測器航行在一個被稱爲日球層的區域,這是由太陽吹出的巨大氣泡,充滿了以超音速流動的太陽風,一種由太陽發出的持續帶電粒子流。 這個氣泡像一個保護罩,爲我們抵擋了大量來自銀河系的有害星際輻射。 這個氣泡的邊緣,即太陽影響力的盡頭,正是旅行者號的目的地。 通往這個邊界的旅程分爲幾個階段,首先探測器穿過了終端激波區,在這裏,太陽風的速度應與星際介質的相互作用,而從超音速銳減質壓音速。 接着,他們進入了一個被稱爲日翹的湍流區域,這是一個太陽風減速後形成的混亂無人區,最後,他們接近了最終的邊界,日球層頂。 日球層頂是太陽系的理論邊緣,一個脆弱的薄膜,在這裏,太陽風向外的壓力與星際等粒子體向內的壓力達到了完美的平衡,這是太陽的氣息最終讓位於銀河微風的地方,正是在這個神祕,無形的區域,科學家們有了驚人的發現。 根據理論模型,研究人員曾預測,當探測器穿過日球層頂時,磁場方向會發生改變,由太陽風攜帶的太陽磁場應該會讓位於星際空間中角度不同的磁場,但當旅行者一號在2012年接近這個邊界時,他的磁力計並未探測到任何此類變化。 相反,探測器的儀器報告了一些更爲奇特的現象,帶電粒子的密度突然飆升,達到了內部太陽風粒子密度的十倍之多,更令人震驚的是溫度不數,日球層與星際空間的邊界似乎並非一條平靜無形的線,而是一個超高溫的地域,這裏的粒子以驚人的速度相互碰撞,導致等粒子體溫度急劇升高,形成了一道可怕的火焰之牆。 嚴格來說,科學家們尚未確定這個邊界是否真的有火焰在燃燒,火是我們所知的化學反應。 而這裏發生的則是物理現象,氮氣效果是相似的,日球層頂外的等粒子體被加熱到了驚人的3萬至5萬開爾文,這比太陽表面還要熱好幾倍。 在太空中經歷了近40年的嚴寒之後,旅行者號似乎即將飛入一個湖,但旅行者一號倖存了下來,幾年後,旅行者二號也緊隨其後,同樣安然無恙地穿過了這道屏障。 它們倖存的關鍵在於溫度和熱量之間的區別,雖然火焰之牆中的單個粒子溫度極高,但等粒子體本身卻極其稀薄,其密度遠低於地球大氣層。 這意味着,每秒撞擊航天器的粒子數量非常有限,不足以傳遞危險的熱能,從而顯著提高其溫度。