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2015年7月至8月

第103卷,第4号

当两者 航行员 宇宙飞船于1977年推出,他们遵循了一群太空探索,只有二十年的历史,但这在那段时间内完成了很多。第一个轨道地球的航天器, Sputnik 1, 在1957年发起,美国宇航局 水手2. 航天器于1962年12月14日通过金星。 水手4, 由Mars于1965年7月15日由Mars播放 - 大约50年前 - 是第一个携带相机的。 先锋10.11’在20世纪70年代初,木星的S flybys,和 先锋11.在1979年继续到土星,第一次瞥见这两个行星系统的复杂性。然而,外星(Jupiter,Saturn,天王星和海王星)作为一个群体仍然基本上未探索到两者 航行员 航天器到了。

Both class=旅行者1 和 旅行者2 在1980年和1981年被土星飞行,分别在继续进入太空之前返回前所未有的地球图像。 旅行者1 成为2012年间星际空间的第一个工艺; 航行员 2 will soon follow. 图片由美国国家航空航天局/ JPL-CALTECH提供。">

之后 voyagers.’ 所有四大外包行星的成功鹅卵石,他们完成了 旅行者2 1989年离开海王星,可以采取后续任务。宇宙飞船开始被称为旅行者星际使命,目的是退出炎热,延伸的太阳气氛,称为太阳风,以及在局部间隙介质中达到相对冷的气体,这些材料填补了星之间的空间在一个星系中。这样的壮举将为我们提供我们的第一个直接体验星际空间。当时 voyagers.’ 发布,没有知道这个边界的距离是多远,但估计从朱彭特的轨道到5个天文单位(其中一个天文单位等于1.5亿公里,从太阳到地球的距离)到超过50个天文单位。事实证明,边界比任何人想象的更远。

由于太阳风从太阳行驶,等离子体(电子和电离原子)吹出了由来自银河磁场的后压限制的气泡;太阳风的影响区域被称为 氦圈。 局部星际空间的银河地区由源自过去几百万年的超端爆炸的等离子体和宇宙射​​线为主。太阳风径向流动从大约300公里的每秒到大约100公里的表面被称为 终止冲击。在该位置,太阳等离子体在方位角和高度中偏转,而其温度从10,000增加到约100,000个开尔文,创造了所谓的 Heliosheath. 地区。最终预期径向等离子体流动将完全停止;超越那个距离就在于 重生, 太阳系等离子体和磁场之间的边界和银河系。过去这一点,有可能的可能性 弯曲, 有点像由溪流中的巨石创造的水的涟漪,由太阳运动产生,并通过星际培养基与它的整个重温。在直升机的相对侧,可以形成低密度等离子体的彗星尾。

Only class=voyagers.'目前供电的仪器,等离子传感器仅运作 旅行者2。一个中央仪器,低能量带电粒子探测器,测量离子和具有能量的离子和电子从几千到几千千的电子伏特。它使用厚度范围为2微米至2.5毫米的探测器;需要更薄的探测器来识别最低能量颗粒。探测器的最具危险的补充是通过完整的360度旋转所有探测器的视野。这种移动部分被认为非常可能失败,但每个人都有 航行员 38年后仍在运作。 图片由美国国家航空航天局/ JPL-CALTECH提供。">

航行员 宇宙飞船通过所有四个行星遭遇运营仪器的全部补充,但对于星际任务只有五个是必要的和动力(见上图)。其他人已关闭以节省探头放射性电位热发电机的DWWINDLING电源。安装在13米悬臂的末端的磁力计进行了环境磁场的幅度和方向的详细测量。等离子体波天线测量10赫兹至56千赫兹的频率范围内等离子体波的电场分量。最后三种仪器都安装在科学繁荣上:宇宙射线传感器测量高能宇宙射线和相对论电子的强度,组成和光谱;低能量带电粒子检测器在较低的能量下比宇宙射线传感器衡量能量颗粒,加上它们的流动方向;等离子体传感器以低至少数电子伏特的能量检测太阳风离子和电子的性质。 (电子伏电压是电子收益通过1伏的电电位差时的能量;它也相当于1.6×10–19 焦耳。)

最后一个仪器仍然只运作 旅行者2 (尽管值得注意的是,38年后,该仪器一直是唯一一个失败的人)。每个仪器执行特定的测量集,所有这些都是完全表征行星和局部星际介质所必需的。

复杂的轨迹

得到了 voyagers. 在他们的使命之路上是没有卑鄙的。从地球起飞的火箭的有限推力可防止它们从木星的轨道上推动大量的有效载荷,所以一种已知的技术 重力辅助 用于加速航天器以更高的速度以及改变它们的方向。在这个过程中,一个规划良好的飞行可以使用另一个星球的重力来表现为弹弓,增加势头来增加航天器轨道的能量,并在太阳系中向外推动它,远离太阳而不是其发射车辆本来有能力做。一个 逆行 Flyby,在行星旋转的相反方向上的工艺行进的情况下,可用于减去动量和减少能量,这一移动可用于改变工艺方向。如果飞行的星球正好在天空的右侧,那么重力辅助可以将航天器送到另一个行星更远。喷气式推进实验室的加里弗罗兰省在1965年指出,外行星每175年内排列一次,使得航天器可以从一个星球推动到下一个星际时间,并超越太阳系 逃逸速度 大约7公里的每秒,这意味着太阳的重力不再是航天器速度的一个因素。这次机会将在1977年推出中出现,因此在喷气式推进实验室进行了详细的航天器和轨迹设计。

这trajectories class=旅行者1 和 2 (最佳)在行星遭遇期间表​​明 旅行者1 在1980年,在土星在土星北方发送了北方, 旅行者2 1989年,海王星向南。到目前为止,工艺品无法从每个星球访问的重力辅助方面旅行。底图比较逃离太阳引力的速度所需的速度(虚线的白线) 和 旅行者2速度(绿线)与太阳的径向距离。从木星,土星和天王星启用了Gravity辅助速度收益的净效应 旅行者2 超过逃离太阳系所需的速度。 图片由美国国家航空航天局/ JPL-CALTECH提供。">

科学团队在规划过程中提前决定 旅行者1, 在土星之后,这可能是冥王星遭遇,而是应该被引导到土星最大的月亮的泰坦的紧密飞行;然后它将遵循向高管轨迹朝向总方向 太阳能顶点, 太阳系的方向与当地明星组的运动(见上图)。

voyagers.'测量结果发现,外部行星具有特殊的磁场,尚未理解。

旅行者2 轨迹旨在充分利用行星对齐与不仅具有木星和土星的遇到的行星对齐,而且是天王星和海王星。宇宙飞船在木星在天王星2公里处每秒4公里,天王星2公里处的速度提高了大约10公里的速度提升,每秒2公里,海王星每秒-3公里;最后一个抢劫了一些速度,因为逆行飞行需要与海王星的月球相遇紧密相遇。然而, 旅行者2每秒15.6公里的皮层速度远远超过太阳系逃生速度。

由行星鹅卵石引起的发现 voyagers. 从1979年到1989年,迷人的公众想象力并证明了机器人探索的兴奋,如没有空间时代的其他任务。两艘航天器共同揭示了四个行星的复杂性,并揭开了以前只有昏暗的世界的纯粹美丽。

一些发现 航行员 完全是不明的。例如,他们的木星月亮IO的形象显示了通过不断火山沉积的熔岩,这是我们自己星球之外的火山中的第一个发现。 IO最大的火山的力量至少是地球上任何一个的十倍。另一个Jovian Moon,Europa发现拥有由裂缝的裂缝表面,裂缝长长,颜色暗示从潜在的液体海洋上升。 Ganymede被证明与旧地形有冰冷的表面,以及指示后来构造活动的年轻特征。并罗斯托的特点是长火山口链和一个非常古老的表面。

voyagers. 还在木星上成了大红斑,在17世纪伽利略伽利略首次看到,持续飓风样功能近2.5倍地球的大小。 voyagers.’ 测量还发现外行星具有特殊的磁场 - 如在其偶极轴的相对于其旋转轴的倾斜中表现为它们的旋转轴的倾斜,以及它们从行星中心的偏移。例如,海王星的倾斜度为47度,偏移量为55%。这种大值不能通过当前的行星磁性的理解来解释,并且尚未理解。

粒子血红蛋

虽然他们的行星图像令人叹为观止,但一些 voyagers.’ 大多数启发性数据来自他们的测量非常小。在他们的星际任务期间, 旅行者1 2 具有测量的能量电子和离子的分布。这些测量包括,例如,低能量离子,主要是质子,能量为0.14至0.22亿电子伏,源于氦圈(见下图)和银宇宙射线质子,具有超过7000万伏电子伏特的能量。低能量离子每天具有3.0至3.7个天文单位的速度,尽管与银河宇宙射线(每天67至172.8天文单位)相比相对缓慢,但仍然比平均太阳能速度快得多每天0.25个天文单位。因此,低能量离子可自由地在沿着太阳风的螺旋形磁场上的大距离传播,使它们能够远离其源区移动。

旅行者1 2 他们的前27和30年分别在太阳风中测量了现象。当太阳滴数高时,在太阳能活跃年内,在内部光圈中观察到的精力充沛的离子和电子源于太阳。由太阳耀斑加速的带电粒子,并在冠状大气射出的前沿的冲击波被激活的太阳呼叫 太阳能粒子。 带电粒子在冲击波中加速,限定了太阳风流相互作用区域的前边缘和后边缘,称为 corotate互动区域,在太阳惰性期间,在太阳期间的少数天文单位超出了少数天文单位。当这些区域绕太阳旋转时,它们倾向于在几个大约26天的太阳旋转中重复,如图所示。

voyagers.’ 两种离子群体的强度的测量粗略地减少了距离太阳径向距离的逆平方,直到2000年。另一种被称为 皮卡离子, 这在几十几十个以上的一个天文单位上发挥着重要作用,特别是在终止休克和Heliosheath,是间隙中性原子(大多是氢,氦气和氧气),因为它们在大约25公里的大约25公里处漂移到氦圈时被电离。第二。来自银河宇宙射线的质子主要来自岩石圈外的源,例如在我们的银河系中的星星爆炸成为超新星时形成的冲击波。进入螺旋圈的这种颗粒必须与过量的太阳风斗争,这带有螺旋磁场,其具有叠加的小规模磁波动和来自太阳能升高的较高水平的大规模扰动。因此,银河系宇宙射线强度稳步增加 voyagers. 从阳光朝向当地星际媒体移动,但由于太阳黑子数量峰和银河宇宙射线峰之间的反向相关性,有一个11年的太阳循环变化。

A class=顶部,圈中心)和光圈,通过从外星状介质之间的外流风风和背部压力之间的相互作用产生的泡沫。太阳风从终止休克处的超音速减速。 Heliosheath中的流动被转移,因此它流下了氦圈的长尾。底形图显示了太阳的带电粒子如何逐渐减少到 Voyagers 越过终止震惊。 顶级插图由美国国家航空航天局/沃尔特飞行员提供;底层图由作者提供。">

在1998 - 2000年达到的低能量离子强度最小后(如下所示 - 图像,上面),离子强度增加。 旅行者1 2004年12月16日终止休克,在94个天文单位,并探索了Heliosheath(沿着约30个天文单位 旅行者1 路径8.2年。我们被警告通过前体颗粒沿着沿太阳螺旋磁场高度准直的速度的瞬间终止冲击交叉,但是它们从与预测相反的方向到达。解释是,通过局部间隙介质的倾斜磁场施加在氦圈上的不对称压力,终止冲击在其鼻部区域中钝化。

旅行者2, 在其截然不同的路径之后,在83.65年在83.65到83.65之间越过终止休克数倍。据信多次交叉将从终止冲击表面上的波浪或通过非热拾取离子的内部结构的准周期性修改产生。 旅行者2 现在在Heliosheath,大约22个天文单位超出了终止震荡,并朝向高速公路前往了。 Heliosheath是一个相对稳定的,至少在两者的位置 voyagers., 低能量离子的均匀储层具有高强度。在该贮存器中测量的质子的能量从至少0.03至约3000万电子伏特延伸。

这plasma sensor on 旅行者2 在工艺之前和之后使热等离子体的测量能够过于终止休克。然而,仅基于等离子体数据单独,震动后面的计算声速小于该区域的流速,这暗示终止冲击实际上是在技术意义上的震荡,即应逐渐减少预血流流量对亚音速的冲击。 航行员 调查人员很快意识到,必须包括非热离子的压力来计算Heliosheath中的声速,但这些颗粒远远低于低能量带电粒子仪器可接近的能量范围和可测量的强度 航行员 等离子体传感器。我们知道,这种震惊和加热的拾取质子的分布必须存在于Heliosheath中,因为它是这种热质子的群体,其与流量冷,中性氢原子进行电荷交换,从而提供最近由另外两艘航天器远程观察到的能量中性原子, 这 星际边界资源管理器 (ibex)位于1个天文单位和 卡西尼泳装 在10个天文单位。

这radially class=黄色的)径向速度在 旅行者1 在过重病之前,从零到高度波动的负值。 图片由NASA / JPL-CALTECH和JHU / APL提供,由作者修改。">

从中获得了卓越的发现 旅行者1通过Heliosheath的通过是那里的等离子体流速的意外演变。如右图所示,太阳风速的径向分量(标记R)在终端冲击上减慢和偏转,并且预期在HeliOstheath中获取子午(N)和方位角(T)组件。等离子体探测器 旅行者1 自1981年以来尚未运作。然而,低能量带电粒子仪器在八个45度扇区中测量低能量离子,涵盖位于R-T平面中的全圈。在情况下,当低能量离子与等离子体一起移动时,例如在HeliOsheath中,这些定向数据被使用代替等离子体检测器数据来估计Heliosheath中的等离子体流动的R-分量和T组件。

作为 旅行者1 更深地进入HeliOstheath,T组件在约-20至-40千米处保持小且相对恒定,而R组分从97个天文单位的每秒100公里的峰值降低至每秒0公里在113个天文单位。这种变化本身并不令人惊讶,因为预期径向速度就会在重孔交叉之前消失,以允许螺旋圈等离子体平行于精神病的表面流动。然而, 旅行者1 为另外的2个天文单元测量该零径向速度,然后进入115至121个天文单元的区域,其中速度波动,但平均-15千米。换句话说,它被定向为阳光,表明Heliosheath等离子体以某种方式耦合到流入的局部间隙培养基等离子体。

我们都想知道:Heliosheath Flow发生了什么事?径向流量是否被转移为子午线?

为了帮助回答这个问题,在2011年初的地面控制器指示 旅行者1 将地球航天器线滚动到大约90度,每隔几个月的几个小时保持这种态度,以实现对化学速度的估计。这些卷继续如 旅行者1 移动通过当地的星际媒体。到目前为止,结果表明,2011年和2012年,化学速度最多是每秒几公里,这意味着径向流量没有被转移到贡献方向上。已经提出了几种模型来解释从113到121天文单元延伸的所谓停滞区域中等离子体流动的进化。目前没有达成共识,以便对其他人进行任何一个模型。

太阳能出口

尽管在Heliosheath的边缘遇到惊喜,但我们的期望是,一旦重川越过,太阳风等离子体的消失就会简单地伴随着银河系宇宙射线的增加和磁场方向的转弯,估计银河田。现实的现实 航行员 结果结果是完全不同的。

银河宇宙射线强度的步骤升高,2012年5月7日首次开始于7月28日起初,在8月9日再次上下,最后在8月25日,在太阳的距离为121.6个天文单位。最后一个增加沿着现场的方向最明显,但仍然垂直于此。理论上的期望是,银河系宇宙射线在局部星际介质中不会有优先方向。太阳颗粒的重合降低也没有均匀地分布在方向上。

与银宇宙射线的增加相比,颗粒沿着场上迅速逸出,但更慢地垂直于它。磁场随着颗粒的变化而重合的幅度增加,但在短暂的事件期间,方向几乎保持恒定,并且在2012年8月25日的最终不连续之后连续。此外,磁场幅度达到了超过四倍的值整个幽冥圈。

通过太阳风形成的空腔内的太阳能磁场的方位角方向被改变为南北星际场的那个,但没有。除了过去一年的某些间隔之外,银河系宇宙射线已经有各向异性(不均匀分布),并继续向这一天表现出这种行为。这些令人困惑的细节促使关于是否有一项长期争论 旅行者1 是或不是在星际空间中,成为观察与理论和建模之间的争议。

关于是否有一项长期争论 旅行者1 在星际空间中变得在观察与理论和建模之间存在争议。

一方面,银河系宇宙射线按预期增加,但是各向异性,它们的分布由磁场(两个意外事件)排序。如预期的那样,太阳能材料消失了,但它的逃生也被磁场命令,这是出乎意料的。磁场方向没有改变到局部星际介质的估计 - 实际上,它仍然与太阳风洞几乎相同,导致一些建议在2012年8月25日越过的边界不是真实的重温。

最初假设精神缺失边界交叉后的磁场中缺乏定向变化可以作为代理,即8月25日之后的航天器位置存在仍然存在太阳等离子体(这是不可能的 旅行者1 由于其不起作用的等离子体传感器来测量)。该论点的反击是,太阳能材料降至40,000个电子伏的能量不可思来置,并且在略高的能量下,数量下降超过10,000。

实际上,各种论点,也基于精力充沛的中性原子图像 卡西尼泳装 在土星周围的轨道上的航天器(一种可以远程映像整个天空的新技术),表明太阳能材料可能在任何能量都消失。那些争论导致了在121个天文单位的Hehoopause的位置的估计,如图所示。然后,持续存在于任何理论模型的银河系宇宙射线的各向异性。

解决难题所需的缺失测量是等离子体密度,温度和方向,等离子体探测器提供的等离子体密度,温度和方向。 2013年4月,等离子波天线,未检测到过去几年的任何波浪活动,开始看电子等离子频率振荡。这些测量可以转换为密度,并且发现接近相对冷的半乳扁等离子体的预期值。相比之下,通过的氦层中的密度测量 旅行者2 凭借其静止操作等离子体探测器,比较小50倍。

这solar class=顶部,淡黄色线)预计将垂直于重温(深黄色线条)但是测量时(黑色箭头)该领域仍然非常类似于灯光的方向。银河宇宙射线质子的测量(底部)还表明,在其到来的方向上出乎意料地分布了它们的意外不均匀地分布 旅行者1. NASA / JPL-CALTECH和JHU / APL的图像由作者修改。">

虽然不能测量等离子体温度,但高密度足以证明这一点 旅行者1 已经超越了直升机,现在确实通过当地的星际媒体进行了发展。必须注意的是,电子等离子体振荡的突然外观最有可能由于2012年3月的太阳能活动而恢复,并且由此产生的等离子云到达 旅行者1 约13个月后。事实上,对等离子波天线数据的更详细检查显示,在十月至十月至11月的时间框架中,最有可能源于早期的太阳能活动,这是相似但较低的密度振荡,这将在晚些时候推翻到高潮中2012年8月。

2013年9月9日,我们在约翰霍普金斯大学举办了一次会议 航行员 团队,它的整体 旅行者1 呈现,分析,与普遍模型呈现观察。有一般同意 旅行者1 事实上,在局部星际媒体中,在2012年8月25日举行的距离121.6天文单位(阳光下的距离为16小时而达到这一距离),大约35年来航天器从Canaveral发射后。

银河环境并不是我们所有人预期的平静和良性的制度。

进入星际空间后, 航行员 继续发出惊喜。银河环境并不是我们所有人预期的平静和良性的制度。银河宇宙射线强度的数据到2014年底,表明存在安静的各向同性的时期,其次是各向异性的事件,好像偶尔的“海啸”在穿过高速公路后患有上游媒体的活动。这些压力最有可能起源于阳光,通过氦圈传播,最终到达位置 航行员1。

显然是一个超越了高温的地区,也许导致太阳能影响的弓箭震荡。如果是这样,那距离至少有10个天文单位远离重温,在哪里 旅行者1 目前位于(来自太阳的131个天文单位)。

团队合作

这odyssey of the two voyagers., 于1977年推出,现在在其太空中的第38届,代表了空间时代的史诗使命。 旅行者1 已经比其发起人更有权预期,而且它的发现之旅还未结束。超越了重生的预期良性环境是什么,但到目前为止,新的现象被揭示,因为它更远的地方。 旅行者2, 在108个天文单位和31度的羽毛南部,目前正在探索Heliosheath,当它可能将精神病发布到上游区域时,没有明确的指示。它具有工作等离子体仪器的优势,可以解决其中一些科学问题 旅行者1 交叉,例如半乳液等离子体的温度和定向流动。还, 旅行者2 可以想象地回答存在弓震的问题,因为 旅行者1 在没有等离子体数据的情况下可能无法提供明确的答案。

这motion class=voyagers.“穿过幽冥圈可以告诉我们更多关于我们更广阔的空间的化妆的信息。 图片由NASA / LODDARD / Adler / U提供。芝加哥/韦斯利。">

这question comes up often about how long the voyagers. 会持续。限制因素是它们的放射性同位素热电发电机,其将来自钚-238的放射性衰减的热量转换为电流以操作航天器和仪器。 Plutonium-238的半衰期为87.7岁,所以推出465瓦特的初始电力现在达到约264瓦。在其目前的配置中,很可能 旅行者1 可以通过大约2020年完全动力所有乐器,此时将开始借助仪器的动力。到大约2025年,甚至可能没有足够的动力,即使是一个乐器也是如此 航行员 预计业务将停止。虽然令人失望,但很难抱怨这些奇妙的航天器的表现,因为已经很久以前到期了四年的初始保修。

经常指出 航行员 没有离开太阳系本身,但只有氦圈,太阳的电离气氛。换另一种方式,他们逃离了太阳化学环境的地区,但不是其引力环境。这种区别是严格的,因为OORT云中的彗星在高达100,000个天文单位的距离下松散地绑定到太阳能轨道中。请注意,最近的明星到我们自己的Alpha Centauri是约280,000个天文单位。目前速度为17公里, 旅行者1 将通过位于Camelopardalis的星座的AC + 79 3888中的明星在大约40万年。即使这不会是非常紧密的遇到 航行员漫长而孤独的道路。

不幸的是,世界上没有一个,目前没有计划探测器作为后续行动 旅行者, 尽管该技术存在于25年内至少有200个天文单位,但甚至在50年内的500个天文单位。因此,所获得的知识 航行员 使使命不太可能为至少又一代复制和高级。我们向20世纪后期的男人和女性致敬,他们建造了一套精彩的航天器,以及他们当今的继任者,他们为人类知识而维持和运作它们。

参考书目

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