“舰队里全是带灯的信使”:旅行者号首次飞出太阳系的人类飞船
“航海家-1”最初计划作为“水手”的一部分，其设计采用了当时的重力加速新技术。幸运的是，这次任务恰好遇到了176年才发生一次的行星几何排列:“飞船只需要少量燃料进行通道修正，其余时间可以靠各行星引力加速。一艘飞船可以访问太阳系的四大气态巨行星:木星、土星、天王星和海王星。”
旅行者1和旅行者2号就是为这个机会设计的，它们的发射时间也经过了精确的计算。多亏了这个百年一遇的机会，两个姐妹航天器访问四个行星只需要12年，而不是通常的30年。
旅行者-1于1977年9月5日从佛罗里达州卡纳的维纳尔角航天基地发射升空。至今仍在正常运行。它是历史上距离地球最远的人造飞船，也是第一个离开太阳系的。
旅行者-1从1979到1开始拍摄木星，同年3月5日距离木星最近，仅34.9万公里。旅行者-1在其48小时的短途飞行中完成了对木星卫星、光环和磁场的深入研究并拍摄了高分辨率照片，还在木卫一上发现了火山活动。
旅行者-1在1980 165438+10月与土星擦肩而过，6月165438+10月12距离土星最高云124000公里。它探测到土星环的结构比预期的更复杂，还观测到了土卫六上稠密的大气。然而，这次接近土卫六的决定导致旅行者-1受到额外引力的影响，最终导致卫星离开黄道(即太阳系中行星的轨道水平)，终止了其行星探测任务。
旅行者2号于1977年8月20日发射，目前仍在正常运行。这是历史上运行时间最长的太空探测器。它与它的姊妹船航海家-1的设计基本相同，但不同的是，航海家-2遵循缓慢的飞行轨迹，以便它可以停留在黄道上，并在1981通过土星的引力加速飞往天王星和海王星。
正因为如此，旅行者2号不像旅行者1号那样靠近土卫六。但它却成为第一个造访天王星和海王星的航天器，并在176年以千载难逢的行星几何排列完成了造访四颗气态巨行星的航程壮举。
旅行者2号距离木星最近的时间是1979年7月9日，从木星云顶57万公里处经过。这次探索发现了木星周围的几个环，并拍摄了一些木卫一的照片。
旅行者2号在1981年8月25日最接近土星。它使用雷达探测土星的高层大气，并测量温度和密度等数据。
旅行者2号在1986 65438+10月24日距离天王星最近，立即发现了10颗此前未知的天然卫星。它还探测到天王星旋转轴倾斜97.77°形成的独特大气，并观察到其行星环系统。
旅行者2号在1989年8月25日最接近海王星。因为这是它能访问的最后一颗行星，美国国家航空航天局决定将旅行者2号的航线调整到靠近海卫一的地方，它在探索中发现了海王星的大黑点。
旅行者1和旅行者2号都获得了许多关于太阳系气体行星的信息，这有助于天文学家大大增加对它们的了解。卫星轨道的变化也被科学家用来研究海王星外天体的存在。
2012 6月17日，美国国家航空航天局宣布，经过35年的飞行，旅行者-1号已经离开太阳系，首次进入星际空间。参与“旅行者”项目的科学家埃德·柊司说:“人类向星际空间发送的第一个信使已经在太阳系的边缘。一旦进入星际空间，需要4万年才能到达下一个行星系统。”
2012年8月25日，旅行者-1成为第一个穿越太阳圈进入星际介质的航天器。
2013年6月，旅行者-1进入太阳鞘层，距离太阳超过186亿公里(124.5天文单位)。这是太阳系中的终端冲击波区和星际空间(或星际物质)之间的区域，是一个广阔的区域，同时受到太阳和银河系的影响。太阳光到达飞船需要17个多小时。
2065438+2003年9月12日，美国国家航空航天局确认“旅行者-1”已经飞行了39年，距离地球约206亿公里，最终成为第一个飞出太阳系的人造物体。
美国国家航空航天局发言人说:“旅行者号到达了一个探测器从未到达的空间，这是人类科学发展史上的一个里程碑。”一系列相关数据证明，“旅行者-1”现在已经离开了由包裹在太阳系周围的炽热活跃粒子组成的太阳圈顶层，进入了寒冷黑暗的星际空间。
到2013年6月，旅行者2号距离太阳约1524亿公里(约101.9天文单位)，也已进入太阳鞘层。20118年10月5日，旅行者2号成为继旅行者1号之后第二个飞出氦进入星际空间的人造物体。氦层是太阳引起的粒子和磁场的保护层。
美国国家航空航天局旅行者计划的科学家埃德·柊司说:“旅行者不断给我们带来惊喜，这意味着我们有很多东西要学。如果旅行者2号发回和旅行者2号一样的东西，我会很惊讶，因为这太棒了。但现在我们看到的是太阳系活动周期中不同时间的景象，因此我们可以了解不同和相同的地方。”
旅行者1和旅行者2号仍在向太阳系外移动，而旅行者-1是目前离地球最远的人造飞船。
到2018、10、18年底，旅行者-1距离太阳215亿公里。得益于几次重力加速，旅行者-1的飞行速度超过了现有的任何人类飞行器，这使得它的姐妹船旅行者-2(提前两周发射)永远无法超越它。它们的动力来自放射性物质衰变带来的热能，每年减少约4瓦的能量。
虽然所有的“旅行者”都离开了氦层，但美国国家航空航天局在2018年2月修改了说法，仍然表示他们离开太阳系的说法不准确。科学家表示，旅行者2号可能需要近3万年才能飞离太阳。
“旅行者-2”向地球传输信号，直到2020年代；2036年，“旅行者-1”信号传输的电力将耗尽。电池耗尽后，它会继续向银河系中心移动，但不会向地球发回数据。旅行者-1预计在300年左右到达理论上的奥尔特云，需要3万年才能通过。
奥尔特云又称奥皮克-奥尔特云，理论上是围绕太阳的球形云，主要由冰小行星组成。奥尔特云位于星际空间，离太阳最远约654.38+百万天文单位(约2光年)，是太阳与比邻星距离的一半。同样由海王星外天体组成的柯伊伯带和离散盘，距离太阳的距离不到千分之一。奥尔特云的外缘标志着太阳系的结构边缘和太阳引力影响范围的边缘。
由于旅行者2号访问行星的任务已经结束，旅行者1被美国国家航空航天局描述为Ad Astra的任务，尽管它在40，000年内不会去任何特定的恒星。但是“旅行者-1”将经过Gliese 445，它目前位于蛇夫座，距离1.6光年。这颗恒星正以119 km/s的速度向太阳系移动，美国国家航空航天局说:“旅行者注定——也许永远——要漫游银河系。”
自文明诞生以来，太阳系外的星际空间对于地球上的人类来说一直是一个神秘的黑暗真空地带，它的秘密今天终于被首批即将离开太阳系的两艘无畏号飞船揭开。
太阳系的边缘，远离太阳的保护，似乎是一个寒冷、空旷、黑暗的地方。很长一段时间，人类认为太阳系和最近的恒星之间的这片广袤空间是一片可怕的虚空。
直到最近，太阳系的边缘还是一个黑暗的空间，人类只能从远处窥视。天文学家经常忽略这一点，更喜欢将望远镜对准附近的恒星、星系和星云。
然而，正如上文所述，在过去的几年中，旅行者1和旅行者2号已经飞到了一个我们称之为星际空间的陌生区域，发回的图像让人类第一次瞥见了这个浩瀚太空的真实面目。作为第一个远离太阳系的人类建造的物体，这两个航天器正在探索距离地球数十亿英里的未知领域。在此之前，人类的宇宙飞船从未飞到如此遥远的太空。
“旅行者”号揭示了在太阳系的边界之外，有一个肉眼看不到的区域，但该物质相当活跃、混乱和搅动。同时，太阳及其行星形成的太阳圈在星际空间与星际物质碰撞时会产生弓形冲击波。
新西兰克赖斯特彻奇坎特伯雷大学研究太阳系外层区域的天文学家米歇尔·班尼斯特(Michelle bannister)说，“如果你观察电磁波谱的不同部分，你会发现太空的那些部分与我们肉眼看到的黑暗有很大不同。在这里，电磁现象相互作用，相互推动，非常活跃。你可以想象尼亚加拉大瀑布形成的湍急河流冲下来。”
然而，与尼亚加拉瀑布下湍急的水流不同，外太阳系的湍流是太阳风的结果。所谓太阳风，是一种超高速带电粒子流，或者说等离子流，不断从太阳向外围喷射。当太阳风到达太阳系边缘时，会减速坍缩，与星系间流动的气体、尘埃和宇宙射线混合，也就是“星际介质”。太阳风将因太阳活动的强度而增强或减慢。
在过去的100年里，主要依靠射电望远镜和X射线望远镜的观测，科学家们勾勒出了一幅星际介质的构成图，揭示了星际介质由极其分散的电离氢原子、宇宙尘埃和宇宙射线以及致密的星际分子云组成。分子云是新恒星诞生的地方。我们的太阳系是由45亿年前一个巨大的分子云坍塌形成的。
然而，太阳系外星际介质的确切性质在很大程度上仍然是一个谜，主要是因为整个太阳系，即太阳及其八大行星，以及一个极其遥远的致密盘状区域，称为柯伊伯带，都包裹在太阳风形成的巨大保护泡中。这个气球状的气泡被称为日光层。
当太阳和它的许多行星在银河系中快速移动时，太阳风形成的这个大气泡就像一个无形的屏障，抵御星际介质，将大多数有害的宇宙射线和其他物质挡在太阳系之外。当旅行者2号飞离太阳系时，它测量到了宇宙射线的爆炸，太阳圈内的气泡阻挡了宇宙射线进入太阳系，从而保护了地球上的生命。
但是太阳圈(日光层)的保命特性也使得研究这个气泡之外的星际空间变得更加困难。即使从太阳系内部，也很难确定太阳圈的大小和形状。
约翰霍普金斯大学应用物理实验室博士后研究员埃琳娜·普罗沃尼科娃(Elena Provonikova)说:“这就像你在自己家里，想知道房子是什么样子。你得去外面看一看，才能真正判断。了解太阳圈是什么样子的唯一方法是走出太阳系，然后回头看，从太阳圈外面拍一张它的图像。”
这不是一项容易的任务。与整个星系相比，太阳系就像一个比一粒米还小的东西，漂浮在太平洋中间。对于人类来说，太阳圈(日光层)的外缘是如此遥远，以至于两个航天器“旅行者-1”和“旅行者-2”从地球起飞后花了40多年才到达这里。
以直线路线穿过太阳系的旅行者-1于2012年首次进入星际空间，随后旅行者-2也于2018年进入星际空间。目前，这两艘人造飞船分别距离地球约654.38+03亿英里，距离地球约654.38+065.438+00亿英里，继续向离太阳系更远的外太空飞去。当它们飞离太阳系时，也不间断地向地球发回更多数据。
已经到了不惑之年的旅行者号揭示了太阳圈和星际介质边界的真实面目，为人类了解太阳系是如何形成的，为什么地球上可以存在生命提供了新的线索。事实上，直到现在人类才发现，太阳系边缘并不是一个清晰的边界，而是一个活跃的混沌区，搅动着旋转磁场、碰撞恒星风暴、高能粒子风暴和旋转辐射。
太阳圈内气泡的大小和形状会随着太阳风输出的变化而变化，也会随着太阳系内十字星介质的不同区域而变化。当太阳风上升或下降时，也会改变太阳圈内气泡所受的外部压力。
2014年，太阳活动激增，导致太阳风暴席卷行星际空间。风暴首先以每秒800公里的速度撞击水星和金星。两天后，穿越654.38+0.50亿公里后，太阳风暴包围了地球。幸运的是，地球磁场可以阻挡太阳风，保护地球生命免受太阳风的强大辐射伤害。
一天后，这个强大的太阳风暴从火星呼啸而来，穿过小行星带，奔向遥远的气态巨行星(木星、土星和天王星)。两个多月后，它扑向海王星，其轨道距离太阳近45亿公里。
经过6个多月的时间，这场太阳风暴终于到达了距离太阳130多亿公里的被称为“终端冲击波”的空间。在这里，驱动太阳风的太阳磁场变得如此微弱，以至于星际介质的压力与太阳风相互作用，从而减缓了风暴的速度。
到达终端激波区的太阳风暴的速度会减慢到不到之前速度的一半，就像大西洋飓风减弱为热带风暴一样。2015年末，这场太阳风暴赶上了不规则的旅行者2号，大小相当于一辆小汽车。旅行者2号(Voyager -2)中的传感器由缓慢衰变的钚电池驱动，已经工作了40多年，它很快探测到了太阳风暴，并发现太阳风等离子体体积急剧增加。
随后，旅行者2号将数据发回地球。即使以光速传输，也需要18小时才能到达地球。天文学家能在远处接收到旅行者号的信息，得益于70米高的巨大碟形卫星阵列和一系列先进技术的应用。这些技术在航海家1977离开地球的时候是不可想象的，更不用说发明了。
当太阳风暴遇到旅行者2号时，飞船还在太阳系中。一年多后，太阳风暴最后一次垂死的余风赶上了旅行者-1，它早在2012年就进入了星际空间。
这两个航天器采取不同的路线穿越太阳系，一个在太阳系黄道平面上方30度，另一个在黄道下方30度。2014年爆发的太阳风暴在不同时间、不同区域与两位旅行者相遇，为研究日顶层(也译作heliopause，即太阳风与星际介质相遇的边界)的性质提供了有用的线索。
旅行者号传回的数据显示，这个被称为太阳风层顶的湍流边界厚达数百万公里，覆盖了太阳圈(日光层)，表面积达数十亿平方公里。
太阳圈(日光层)出乎意料的大，这说明银河系这一部分的星际介质密度比人们想象的要低。
当太阳在银河系的星际空间运行时，它会切割出一条路径，就像一艘船在水中航行时会留下一个“弓形波”，它的背后也会形成一个尾流，这个尾流可能会有一个或多个类似彗星形状的尾巴。然而，两个旅行者都是从太阳泡的“鼻子”起飞的，所以他们没有提供任何关于太阳圈尾部的数据。
霍普金斯大学的研究人员普罗沃尼科娃说:“根据旅行者号的数据，太阳风层的顶部大约有一个天文单位厚。但这不是太阳圈的真实表面。这是一个活动复杂的领域。我们不知道那里发生了什么。”一个天文单位代表地球和太阳之间的平均距离，即9300万英里。
在这个太阳系和星际空间的边界区域，不仅太阳风和星际风(来自星际空间的粒子流)相互碰撞产生湍流，而且太阳风和星际介质中的粒子似乎也在交换电荷和动量。这样一来，一些星际介质就会转化为太阳风，可以增加太阳圈内气泡的向外推力。
虽然太阳风暴可以提供有趣的数据，但令人惊讶的是，太阳风暴对太阳圈内气泡的整体大小和形状几乎没有影响。似乎圈外发生的事情对太阳圈的影响要比圈内发生的事情重要得多。太阳风不会随着时间的增减对太阳圈内的气泡产生明显的影响。但是，如果太阳泡进入银河系的某个区域，它遇到的星际风的密度会影响太阳圈的增大或减小。
此外，围绕和保护我们太阳系的太阳泡仍然有许多未解的问题。比如这个太阳风形成的气泡是宇宙中的特殊现象还是一种模式？
当太阳系在银河系的星际介质中运行时，围绕太阳系的太阳圈内的气泡会形成一条长尾。普罗沃尼科娃认为，增加对太阳圈的了解将增加对人类是否是宇宙中孤独和智慧生命的理解。她说:“对我们自己星系的研究将告诉我们其他恒星系统中的生命需要什么条件。”
这很大程度上是因为太阳风阻止了星际介质进入太阳系，也阻止了威胁地球生命的深空辐射和致命高能粒子(如宇宙射线)的撞击。宇宙射线是来自深空、接近光速的带电高能亚原子粒子。当恒星爆炸、星系坍缩成黑洞以及其他灾难性的宇宙事件发生时，就会产生宇宙射线。太阳系外的星际空间充满了高速的亚原子粒子，会对一个没有防护的星球造成致命的辐射伤害。
普林斯顿大学太阳物理学研究员杰米·兰金(Jamie Rankin)是第一位根据旅行者号收集的星际数据撰写博士论文的科学家，他说:“旅行者号的数据清楚地告诉我们，90%的宇宙辐射被太阳过滤掉了。如果没有太阳风的保护，我不知道我们人类能不能活下来。”
在此期间，还有另外三艘美国国家航空航天局飞船即将进入星际空间，分别是“先驱者10”、“先驱者11”(先驱者11)和“新视野”号。在太阳圈的巨大边界上，这些微小的探测器只能提供极其有限的信息。幸运的是，在离地球更近的太空中可以进行更广泛的观测。
2008年，美国国家航空航天局发射了一颗围绕地球运行的微型卫星“星际边界探测器”(Ibex)，以绘制太阳圈和星际空间之间的边界。Ibex探测到一条被称为“高能中性原子”的粒子带从星际边界喷射出来。
兰金说:“你可以把Ibex制图想象成某种测量恒星表观速度的多普勒雷达，而旅行者就像一个地面气象站。”她利用航海家号、Ibex和相关领域的数据分析了较小规模的太阳风暴。
Rankin正在根据2014年的太阳风暴数据写论文。有证据表明，当旅行者-1穿越太阳圈边界时，太阳圈正在收缩。但是当旅行者2号穿越边界时，太阳圈正在扩大。“这是一个非常动态的界限。令人惊讶的是，Ibex的3D地图捕捉到了这一发现，这让我们可以跟踪航海家号在事件发生时在现场的反应。”
Ibex还观察到太阳圈的边界有多活跃。第一年，Ibex发现了一条巨大的高能中性原子带，蜿蜒穿过太阳圈的边界。这个中性原子带会随着时间而变化，有些特征会在短短六个月内出现和消失。这一带位于太阳平流层的前端，在这里太阳风粒子会被银河磁场从太阳球边缘反射回太阳系。
随着人类航天技术的不断进步，虽然未来会有越来越多的先进航天器探索宇宙深处，但航海家号伟大的长征故事还很长，不会结束。这两艘人类飞船虽然已经离开了太阳圈(日光层)，但仍在太阳的势力范围内。即使在这个离太阳非常远的边缘地带，你仍然可以用肉眼看到太阳的光芒，认出太阳。而且太阳的引力远在太阳圈之外，可以容纳被称为奥尔特云(Oort Cloud)的云状天体，这是一种由冰、尘埃和空间碎片组成的非常稀疏而巨大的球形云。
奥尔特云中的物质虽然漂浮在遥远的星际空间，但仍然围绕太阳运动。一些经过太阳系的彗星来自奥尔特云，但是人类发射探测飞船去奥尔特云太远了，3000亿到1.5万亿公里远。旅行者-1于2012年进入星际空间，离开太阳100天文单位，但要飞到巨大的奥尔特云还需要300年。
这些极其遥远的天体自太阳系形成以来基本保持不变，它们可能掌握着行星如何形成以及宇宙中为何能出现生命的密码。随着每一波新数据的出现，新的解决方案也随之出现。
可能有一层氢覆盖了部分或全部太阳圈，它对太阳圈的影响还没有被破译。此外，太阳圈似乎正在穿过银河系中的一个星际云团，这个星际云团由古代宇宙事件遗留下来的粒子和尘埃组成，也就是天文学上所谓的局部星际云团。这个星际云团如何影响太阳圈的边界以及生活在其中的地球生物，还有待研究。
这个星际云团可以改变太阳圈的大小和形状。它可能有不同的温度，不同的磁场，不同的离子发生器和所有这些不同的参数。这是非常令人兴奋的，因为这是一个未知的领域，人类对太阳和我们自己的星系(银河系)之间的相互作用仍然知之甚少。
最后，值得一提的是，旅行者1和旅行者2都携带了一张镀金的铜盘唱片，里面有来自地球的图片和声音。封面上有符号和图表解释如何操作这个记录，并详细标明地球的位置。
旅行者号唱片的问候语是:“地球上的孩子们向你问好”。时任美国总统的吉米·卡特代表人类说:“这是来自一个遥远的小世界的礼物。它记录了我们的声音，我们的科学，我们的图像，我们的音乐，我们的思想和感情。我们正努力过我们的时代，进入你们的时代。”
这些信息被组合成一个时间胶囊，任何获得这个黄金记录的星际文明、外星人，甚至未来人类，都可以还原“旅行者”计划的信息。
问题是，根据《三体》中宇宙的“黑暗森林”定律，如果把地球坐标暴露给掌握了高级文明的外星人，人类会遭遇灾难吗？
但无论如何,“旅行者”号，这两艘汽车大小的宇宙飞船，通过金属螺栓与一个小型抛物面天线相连，将作为人类有朝一日冲出太阳系的先驱，勇敢地闯入前方壮丽而陌生的未知星海。在人类探索无限空间的漫漫征途上，他们就像“舰队里满载着带灯的使者，向黑暗的细节靠近”...