继“旅行者”姊妹花后，或在2027年飞出太阳系
“旅行者2”号航天器在太阳系中穿梭（艺术图）。图片来源：美国太空网
本报记者 刘霞
2018年12月，美国国家航空航天局（NASA）的“旅行者2”号（Voyager 2）航天器追随其姊妹“旅行者1”号的步伐，挺进星际空间，实现了这一历史性的壮举。
据美国太空网1月30日报道，目前业已发射的航天器中，只有5艘能迈出如此大的步伐，有实力进入星际空间。除了大名鼎鼎的“旅行者”号姊妹花外，其他3艘分别为“先驱者10”号（Pioneers 10）、“先驱者11”号（Pioneers 11）以及“新视野”号（New Horizons）。那么，哪艘航天器会率先进入星际空间呢？
根据这3艘航天器目前的行进速度、与地球和太阳的距离，如果日光层的变化保持稳定，“先驱者11”号将在2027年穿过日球层顶（日光层像气泡，日球层顶是日光层的边缘），进入星际空间。
太阳的日光层保护地球免受宇宙辐射。其形状不断变化，使科学家很难预测航天器何时越过这一边界进入星际空间。图片来源：美国太空网
太阳系的边界在哪
到达星际空间是一个里程碑，从某种程度上讲，可以被认为离开了太阳系。1990年2月23日，于1973年发射的“先驱者11”号成为第四艘飞越海王星轨道的航天器（1972年发射的“先驱者10”号于1983年做到这一点），当时《纽约时报》称，“先驱者”号航天器飞越海王星轨道，意味着它们离开了太阳系。
然而，参与“旅行者2”号任务的科学家可不这么看。相反，最近的测量结果认为，穿过太阳的日球层顶（太阳风层顶）——日光层的理论边界，是进入星际空间的决定性标志。日光层是由太阳产生的带电粒子组成的“气泡”，科学家用它来标记星际空间的起点。
但日光层非常复杂，其会随着太阳22年的周期变化，随着太阳风而不断变小和变大，并向太阳行进方向的后方伸展。所以，从地球上很难对日光层进行测量。目前，NASA的“星际边界探测器”（IBEX）任务正在努力确定这一“气泡”的边界在何处。
当“旅行者1”号和“旅行者2”号穿过日球层顶时，它们上面搭载的粒子仪器仍正常运行，观测数据表明，它们已经穿越了这一气泡区域。但还有研究人员认为，太阳除了被日光层包围之外，也被奥尔特云（Oort Cloud）所包围，奥尔特星云是一片由冰冻天体组成的区域，据估计，其范围从1000AU（天文单位，等于地球和太阳之间的距离，约1.5亿公里）到10万AU不等，远远超出日球层顶。因此，“旅行者”号航天器不算是完全飞出了太阳系。
“先驱者11”号或捷足先登
除了“旅行者”号外，未来哪艘航天器会捷足先登，进入星际空间呢？
由于日光层不断变化，所以科学家也很难说出“先驱者10”号、“先驱者11”号何时会进入星际空间，只能根据现有数据进行推断。
据NASA的《超越地球：深空探测编年史》书中记载，截至2017年11月5日，“先驱者10”号距离地球约118.824AU，是除“旅行者1”号以外距离地球最远的航天器。然而“先驱者11”号和“旅行者”号正朝着太阳行进的方向前进，“先驱者10”号正朝着太阳的尾侧方向前进。2017年的研究指出，日光层的尾部距离太阳约220AU。由于“先驱者11”号每年的行程约为2.5AU，因此，“先驱者10”号可能要到约2057年才能到达这个不断变化的太阳系边界。
该书还指出，截至2017年11月5日，“先驱者11”号距离地球约97.6AU。与它的双胞胎“先驱者10”号不同，这一航天器的行进方向与“旅行者”号大致相同。“旅行者2”号在距离地球约120AU时进入星际介质。由于“先驱者11”号以每年2.3AU的速度飞行，假设太阳系的边界不改变的话，它应该会在2027年左右进入星际空间。但其实，太阳系边界可能会改变。
至于2006年发射的“新视野”号的情况，它于2019年1月1日飞掠太阳系内的遥远天体“天涯海角”，而且其发射时间远远晚于其他4艘航天器。在飞掠期间，“新视野”号距离太阳43AU。该任务首席调查员艾伦·斯特恩说，该航天器每年行进约3.1AU。再过20年，它很有可能进入星际空间。因此，如果它与“旅行者2”号穿越相同的边界，将在2043年进入星际空间。
综上所述，如果日光层的变化保持稳定（这不太可能），“先驱者11”号将在2027年穿过日球层顶；“新视野”号紧随其后，于2043年完成穿越；而最先发射的“先驱者10”号将在2057年离开日光层。
“新视野”号可能电力不足
斯特恩说，如果“新视野”号能进入星际空间，并在那时仍正常运行（这是有可能的），它将为我们提供有关星际空间的详细信息。“新视野”号所携带的粒子探测器比“旅行者”号上搭载的粒子探测器强大得多。此外，“新视野”号还携带了一个灰尘探测器，可以提供对日光层以外区域的观察。“将尘埃探测器放入星际介质将是非常宝贵的经验。”
不过，斯特恩也指出，电力是“新视野”号要面临的一个大问题。“新视野”号的燃料是不断衰变的二氧化钚，这艘航天器的电力可供其工作到本世纪30年代末，目前其运行状况良好。
（科技日报北京1月31日电）
