人類探索宇宙的歷史,就是不斷打破邊界的歷史。
1977年,承載著人類希望與好奇心的“旅行者1號”和“旅行者2號”探測器發射升空,它們完成了一次壯麗的太陽系巡游,拜訪了木星、土星、天王星和海王星,然后義無反顧地沖向了深空的黑暗。
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然而,就在它們即將離開太陽系家園的時候,科學家們通過分析傳回的數據,發現了一個令人震驚的現象:在太陽系的邊緣,竟然聳立著一道溫度高達 49,427 攝氏度,約 5 萬度的“火墻”。
這個發現瞬間引爆了輿論。
5萬度是什么概念?
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太陽表面的溫度才 5500 度,地心的溫度也就 6000 度。這道“火墻”的溫度幾乎是太陽表面的 10 倍,于是,一個令人絕望的猜想隨之產生:難道太陽系是一個被高溫鎖死的牢籠?我們引以為傲的旅行者號,難道已經在邊緣被燒成鐵水了嗎?人類是否永遠無法飛出太陽系?
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今天,我們就來揭開這道“恐怖火墻”的真面目,探究旅行者號穿越生死的真相。
要理解這道墻,我們首先要打破一個觀念:太陽系并不是一個扁平的盤子,而是一個巨大的氣泡。
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我們的太陽不僅僅發光發熱,它還在瘋狂地向外噴射帶電粒子流,這股粒子流被稱為“太陽風”, 太陽風以每秒數百公里的速度向四面八方吹去,它撐起了一個巨大的磁性氣泡,籠罩著八大行星。這個氣泡,就叫做“日球層”。
在日球層內部,是太陽風的領地。
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而在日球層外部,是廣袤的銀河系空間,那里充滿了來自其他恒星的輻射、塵埃和星際氣體,也就是“星際介質”,這就好比太陽在宇宙的大海里吹了一個大氣球,氣球內部是太陽風,氣球外部是星際風。
既然是兩個不同的勢力范圍,它們之間必然有一個交界處。當強勁的太陽風終于在這個交界處耗盡了力氣,撞上了外部稠密的星際介質時,一場劇烈的物理沖突就發生了,那道傳說中的“火墻”,就位于這個沖突的最前線。
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這道墻的學名叫做“日球層鞘”,或者更準確地說是位于終止激波附近的區域,為什么這里會這么熱?
這涉及到了能量轉換的物理學原理。
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太陽風從太陽出發時,是超音速流,當它飛到距離太陽約150億公里的地方時,受到了外部星際介質的強大阻力,速度被迫急劇下降,瞬間從超音速變成了亞音速,想象一下,一輛飛馳的賽車猛踩剎車撞上了氣墊墻,根據能量守恒定律,那巨大的動能去哪了?它并沒有消失,而是轉化成了熱能。
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在這個急剎車的過程中,太陽風中的粒子被劇烈壓縮,無序運動加劇,導致該區域的等離子體溫度瞬間飆升,根據旅行者 2 號攜帶的等離子體科學實驗儀器在 2018 年傳回的數據,該區域的粒子溫度確實達到了 3 萬到 5 萬攝氏度。
既然溫度高達 5 萬度,為什么鋁合金外殼的旅行者號沒有瞬間汽化?它的電子元件為什么還能正常工作?
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這里藏著一個巨大的物理學陷阱:溫度≠ 熱量,這是大眾科普中最容易混淆的概念,溫度衡量的是微觀粒子的運動速度,粒子跑得越快,溫度越高,熱量衡量的是能量的傳遞總量,這不僅取決于粒子跑得有多快,還取決于有多少粒子撞擊到了物體上。
讓我們做一個比喻:
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烤箱空氣溫度 200 度,你把手伸進去,只要不碰到鐵壁,你可以堅持幾秒鐘甚至更久,因為空氣密度低,傳熱慢,水溫 100 度,你把手伸進去,瞬間燙傷脫皮,因為水密度大,瞬間傳遞巨量熱能,現在的太陽系邊緣,情況比“烤箱”還要極端億萬倍。
那里的粒子確實跑得極快,但是,那里的物質密度極低極低,低到什么程度?大約每立方厘米只有不到 0.1 個粒子,那里幾乎就是真空。
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當旅行者號穿過這道“火墻”時,雖然偶爾會有幾個 5 萬度的粒子高速撞擊飛船,但因為粒子數量太少太少,它們攜帶的總能量對于重達 700 多公斤的探測器來說,簡直就是九牛一毛,飛船的外殼甚至都感覺不到變熱。
相反,由于周圍是接近絕對零度的深空背景,旅行者號面臨的最大威脅不是被“燒死”,而是被“凍死”,它必須依靠自身的放射性同位素熱電機產生的熱量,才能勉強維持儀器不被凍壞,所以“火墻”是存在的,但它是一堵“幽靈火墻”,它有極高的溫度,卻幾乎沒有殺傷力。
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雖然高溫是假的,但旅行者號穿越這層邊界時,并非風平浪靜,這道墻是太陽系保護傘的邊緣。一旦跨過這里,就意味著失去了太陽的庇護。
太陽風形成的磁場,幫我們擋住了銀河系中約 70% 的高能宇宙射線,這些射線是超新星爆炸或黑洞噴流產生的致命粒子流,旅行者號的數據顯示,當它穿越日球層頂時,周圍的宇宙射線強度瞬間飆升。
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這里是太陽磁場和銀河系磁場交鋒的戰場,科學家原本預測,飛船飛出去時,磁場方向會發生偏轉,但奇怪的是,旅行者 1 號發現磁場方向并沒有改變,只是強度增加了,這也證明了,人類對太陽系邊緣的認知依然充滿盲區。
那么面對這道“火墻”,旅行者號到底飛出去了嗎?
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答案是:飛出去了,旅行者 1 號于 2012 年 8 月 25 日,正式跨越了日球層頂,成為人類歷史上第一個進入星際空間的人造物體。它現在距離地球約 240 億公里,旅行者 2 號于 2018 年 11 月 5 日,也成功跨越邊界,進入星際空間,它現在距離地球約 200 億公里。
它們不僅沒被燒毀,反而活得好好的,雖然因為電力衰減,為了節省能量,工程師們不得不陸續關閉它們上面的科學儀器,但它們依然在用微弱的信號,向地球傳回關于星際介質的寶貴數據。
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雖然旅行者號穿越了“等離子體火墻”,飛出了“日球層”,但在天文學的嚴格定義上,它們并沒有飛出太陽系,這又是一個概念游戲。太陽風的范圍確實飛出去了,太陽引力范圍遠沒飛出去,在日球層之外,還包圍著一個巨大的彗星倉庫,奧爾特云。
那里依然受到太陽引力的束縛。奧爾特云的厚度可能延伸到 1 光年之外,以旅行者 1 號目前每年 3.6 天文單位的速度,它大概需要 300 年 才能抵達奧爾特云的內邊緣,而要徹底飛越奧爾特云、徹底擺脫太陽引力,大概需要 3 萬年。
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那時候,探測器的核電池早已熄滅,它將成為一顆死寂的金屬漂流瓶,在永恒的黑暗中滑行。
“5 萬度火墻”的傳言,雖然在物理學上是一個誤解,但它側面反映了宇宙環境的惡劣與復雜,宇宙并不是為人類設計的溫室,它充滿了極端的溫度、致命的輻射和難以想象的空曠。
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但旅行者號的故事告訴我們:并沒有什么絕對的墻能鎖住文明的腳步,那道看起來似乎能熔化一切的等離子屏障,在人類的科學與工程奇跡面前,稀薄得如同幻影,47 年前,我們向宇宙發射了一張金唱片,上面刻著:“這是來自一個遙遠的小小世界的禮物,上面記載著我們的聲音、我們的科學、我們的影像、我們的音樂、我們的思想和我們的感情。”
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如今,這位孤獨的使者已經穿過了火墻,穿過了激波,正航行在群星之間,它證明了,太陽系不是牢籠,而是搖籃,只要我們擁有勇氣和智慧,搖籃的邊緣,擋不住向往星辰大海的靈魂。
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