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“2012年8月25日旅行者1号飞出太阳系” |
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是否到达外太空仍存巨大争议 |
旅行者1号勇敢踏足从未有探测器到达过的地方，这是人类科学史上最伟大的成就之一，为人类的科学梦想与事业掀开了新篇章。
朝着太阳系边缘飞行了36年后，美国宇航局(NASA)“旅行者1号”探测器可能已经飞出太阳系，“漫步”在寒冷黑暗的星际空间里——至少，这是众多旅行者项目小组负责人的一致意见。1977年9月5日发射的旅行者1号飞行至今，其传感器已经发生了故障，能源动力也出现减弱。
近日，4位小组成员将旅行者1号取得的新数据发表在《科学》杂志上。他们相信：该探测器已经穿越日球层。目前，旅行者1号处在地球任何其他物体都未到达过的地方。
太阳风在星际介质内吹出的气泡被称为太阳圈，在这气泡的边界外面就是太阳风再也推不动的庞然巨物星际介质，这个边界通常称为日球层顶，并且被认为是太阳系的外层边界。
传奇经历
《科学》杂志报道称，旅行者1号有万众瞩目的传奇经历。离开太阳系之前，它拜访过木星和土星。在过去的一年中，就已经有诸多报道猜测，它已经离开、未完全离开，或者它处在一个新的特殊空间里。
空间物理学家的太阳系边缘“并不是人们通常所说的行星环境”，自上世纪60年代起便成为旅行者项目组成员的太阳物理学家George Gloeckler说。即使是现代的计算机模型，也无法向研究人员警示有关旅行者1号遭遇的离奇命运。
更重要的是，仪器能够检测到的最明显的有关旅行者1号已经穿越了日球层顶的信息，在很久以前就已宣告无效。因此，这给人们留下了解释和讨论的大量空间，一些项目团队成员和外部研究者提供的解释，与旅行者设备的主要研究者——科学委员会（SSG）给出的官方结论不同。
相关争论始于2012年。8月25日，旅行者1号记录到来自太阳的带电粒子数量剧降，而源自星际空间的宇宙射线陡增。此后科学界一直就其是否已飞离太阳系展开争论。
当时旅行者1号项目团队认为，没有观测到第三个指标，即磁场方向的突然改变，因此认为它还在太阳系内。但现在，旅行者1号项目团队改变了固有立场。“我认为，它已经进入了星际空间。”旅行者1号长期客座研究员、亚利桑那大学研究空间物理学已50年的J. Randy Jokipii说。
但来自NASA喷气推进实验室的Edward Stone则更为谨慎。他是旅行者1号宇宙射线子系统实验的主要研究者。“我们知道它在一个新的区域，接近星际空间的边界。”Stone说。但是他想知道，旅行者是不是真的离开了，或者只是到了接近日球层外的意想不到的区域。
答案可能是令人沮丧的。
旅行者在哪里？
天文学家希望通过遍及太空的磁场方向，判断旅行者1号是否穿过日球层顶。但是《科学》杂志称，根据漫长的校准和对旅行者1号磁力计获得数据的分析，结果显示，去年8月“方向没有任何变化”，因此Stone说，“我们对宣布飞越十分谨慎，我们都认为，没有决定性的证据能表明，(旅行者1号)已经飞到星际空间中”。
在去年12月于旧金山举行的美国地球物理联合会(AGU)会议上，Stone不露声色。他向记者解释称，到去年8月，旅行者1号可能依然在日球层内。但是事情明显发生了变化，他说，旅行者1号进入了一个意想不到的日球范围内，这里被称为“磁场公路”。
那里，磁场线以某种方式连接着日球层的内部和星际空间，允许高能粒子向宇宙射线一样进进出出。但是，旅行者1号可能没有离开，因为磁场方向没有变化。
旅行者项目主要研究人员听取了Stone的意见，于今年早些时候提交给《科学》3篇论文，这些论文于7月12日发表，他们提到，旅行者1号进入了一个“空乏区”。但是，Jokipii认为，“到底发生了什么事情，人们没有一致意见”。
但不是每个人都遵循官方意见。“宇宙射线突变表明，旅行者1号离开了太阳系”成为一份新闻稿的标题，伴随该新闻稿的是一篇有关8月宇宙射线测量的论文，该论文于3月20日被AGU的《地球物理研究通讯》接收。数小时内，AGU就将标题改为“旅行者1号已进入新的宇宙区域”。
该论文的第一作者、旅行者项目团队成员William Webber更同意最初的标题。“我们认为它已经穿过了太阳系，但是鉴于团队意见，在论文中，我们没有向这方面延伸。”他说。
6个月之后，一个旅行者外部专家小组再次将该探测器放在了星际空间。“我们认为它在日球层外面。”马里兰大学宇宙物理学家Marc Swisdak说。
就像他们9月1日在《天体物理杂志通讯》上报告的那样，Swisdak及其同事使用最详细的模型模拟了粒子和场在日球顶层的行为。“这个边界与我们想象的迥然不同。”他说，“日球层顶的本质可能受到质疑。”
Swisdak表示，他们有关日球层顶的图像包括变化的宇宙线数和变化的磁场方向。在他们的模型中，太阳系内部和外部的两个磁场排成一排，并彼此连接。
“再见，旅行者”
现在，来自旅行者项目团队的最新官方消息和结论是：2012年8月25日，变化标志着，旅行者1号离开日球层。
“这是旅行者项目组的集体意见。”Stone说。促使大家心意改变的是旅行者1号的等离子体波仪器的观察结果，它测量了等离子波振幅——低能量电子和中性电子遍及宇宙的马达。
等离子体波仪器的主要研究者、爱荷华大学的Donald Gurnett说，在有关日球层顶的争论中，“缺失的重要事情是等离子体”。
去年4月9日，随着太阳大爆发，旅行者1号记录到一个突然的等离子体振荡爆发，频率达到3.1千赫。“那表明我们已经通过日球层顶。”Gurnett说。那种频率意味着等离子体密度比在日球层内大80倍，已经接近了天文学家预测的星际空间的等离子体密度。
旅行者项目团队成员于《科学》杂志在线报告称，旅行者1号探测器上携带的等离子体波仪器数据显示，今年4月9日至5月22日，旅行者1号处于电子密度为每立方厘米0.08个的空间中，而根据目前的模型，星际空间中的电子密度在每立方厘米0.05个至0.22个之间。按探测器每年飞行约3.5个天文单位的速度计算，结合去年10月至11月间获得的数据，项目科学家最终一致认定，旅行者1号在2012年8月25日前后跨出了太阳系。
Gurnett的结论“是卓越的，也可能是正确的”。Jokipii说，“现在我们有三个探测器都一致表明，它在星际介质中”。对于项目团队内外的大部分研究人员而言，那已经足够了；旅行者1号已经离开。
但该结论远未达成一致。“我不认为旅行者1号已经离开太阳系。”得克萨斯州西南研究所空间物理学家David McComas说，“它可能穿过了(日球层顶)”，但是没有出现磁场方向变化，“我不明白这是怎么回事”。
密歇根大学研究教授、太阳物理学家Gloeckler和日球层理论家Lennard Fisk也反驳了旅行者项目团队的解释。“它没有穿过日球层顶。”Gloeckler说。
时间会告诉人们一切。旅行者项目团队的领导者们计划进行更长时间的研究。“我不知道自己已经要投入一辈子的时间，这是个非凡的项目，但我已经有了接班人计划。”旅行者项目主要研究人员、应用物理学实验室的Stamatios Krimigis说。(张章)
《中国科学报》 (2013-09-16 第3版 国际)
