飞227亿公里后,旅行者1号突然听到神秘嗡嗡声,究竟怎么回事?

2021-05-13 22:10:51 徐德文科学频道

1977年9月5日,美国宇航局(NASA)旅行者1号探测器发射升空,在探测了木星、土星系统后,已冲出日球层顶,进入了星际空间。到今天为止,旅行者1号已到达了离地球227亿公里外的宇宙空间,并且还在以61048公里/小时的速度,高速航行,是迄今为止人类制造的飞得最远的飞行器。

旅行者1号装备了3个放射性同位素热电机,也就是我们俗称的核电池,44年来,随着核燃料的衰变,电力也越来越弱,目前已有一半的科学仪器停止运行。然而就是剩下的这些仪器,最近又给科学家们带来了意外的惊喜,此前主要用于考察木星、土星、天王星、海王星电子密度分布及粒子相互作用的等离子波系统(PWS),竟然传来了意外的神秘嗡嗡声,科学家们正在对此进行研究,希望找到这些信号的最终来源。

这项研究来自康奈尔大学天文学博士生斯特拉·科赫·奥克(Stella Koch Ocker)领导的团队,是在研究等离子波系统传来的最新数据时偶然发现的。

虽说偶然,但奥克和她的同事们实际有备而来,他们希望能找到新的信号,因而更仔细地检查了这些数据,结果发现了一个持续的微弱嗡嗡声,仅仅略高于仪器能够记录到的阈值。

进一步的审视发现,这个等离子体波的嗡嗡声与旅行者1号以前捕捉到的辐射明显不同,占据了一个异常狭窄的,约为3khz的频率频带。在回溯以往的数据后,研究人员发现,这个嗡嗡声从2017年就出现了,已伴随旅行者号飞行了大约15亿公里,10个天文单位的距离。

奥克惊喜地认为,旅行者1号可能已经成功接收到了星际空间中等离子体的环境波,这种波可能是一种质子和电子的混合,最有可能是电子的热运动产生的。然而这种嗡嗡声产生背后的机制是什么,研究人员却还无法给出答案,随着旅行者1号未来传回越来越多的数据,科学家们认为有望限制其特性和来源。

这项研究无疑具有重要意义。这是人类的探测器首次突破太阳系日球层顶的范围,进入星际空间,旅行者1号发回的数据,也是人类对星际空间中物质密度进行的首次测量,未来对这些数据的研究结果,将有助于我们理解太阳系边界的究竟有些什么物质,密度有多大,星际介质之间是如何相互作用的,或许还有助于我们理解恒星形成等更基本的过程。

更令人惊叹的是,旅行者1号的设计寿命仅为4年,却已经在太空中飞行了44年,依然一如既往地稳定。这是因为它需要进行频繁的开关,工程师们认为系统在太空环境中会出现老化,从而得出了其寿命大约为4年的结论。但在设计制造时,其部件确实都精益求精,具有极高的可靠性,并留了很大余地。

所以科学家们对其4年的工作寿命极具信心,但却完全没有想到,在严酷的太空环境中它竟然飞行了44年,而且还依然如此地出色和稳健,不断地为我们带回太阳系外,星际空间的知识,可以说已远远超出了其设计时预期的科学回报。目前旅行者1号的钚-238燃料还剩70.8%,到2050年剩56.5%,但可能会在2025年到2030年之间,因电力不足而关闭所有仪器,不再向地球传回任何数据。

但旅行者1号无疑已极度成功了,那么这其中究竟有什么诀窍呢?科学家们认为,不断总结经验、认真进行测试、使用成熟技术以及精益求精设计制造是成功的关键,而这不也正是我们做每件事情都该做到的吗?

这项研究发表在5月10日的《自然-天文学》杂志上。

Nature Astronomy:Persistent plasma waves in interstellar space detected by Voyager 1

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