旅行者1號為什麼不垂直於太陽系（旅行者1號飛出太陽系）

2023-06-16 04:34:50 1

在1781年以前，人類一直以為太陽系只有六顆行星，它的邊際就在土星的位置。

直到英國天文學家威廉·赫歇耳發現天王星，人類才意識到自己對於太陽系的認知非常有限，太陽系的邊際也從土星軌道的14億公裡擴展到了天王星軌道的29億公裡。1846年，天文學家又發現了海王星，再一次將人類認知的太陽系邊界擴大到了45億公裡。

接下來人類對太陽系的認識就越來越深了，從冥王星到柯伊伯帶，再到奧爾特雲……太陽繫到底有多大？我們要多久才能衝出這個「牢籠」呢？

在衡量一個尺度之前，我們必須要規定一個測量單位。對於太陽系來說，用公裡來衡量實在有點小材大用，而光年又顯得有點殺雞用牛刀。因此，天文學家們規定了一個適合用于衡量像太陽系這樣的系統的長度單位：天文單位。天文單位的定義就是地球到太陽的距離，也就是大約1.496億公裡。

讓我們從太陽系的最內側出發，以水星為例，它與的半長軸約為6980萬公裡，也就是0.46個天文單位；木星的半長軸是5.2個天文單位，也就是7.8億公裡；而冥王星和太陽的平均距離約為59億公裡，這就是大約39.2個天文單位。這個距離，即使是在高速公路上的速度，也要6000年的時間才能到達。

好在，隨著人類科技的發展，航天探測器遠遠超過了汽車的速度。

2006年，美國國家航空航天局的新地平線號探測器發射升空，經過近10年的飛行，於北京時間2015年7月14日19時49分飛掠冥王星。其飛行速度，達到了每小時8.4萬公裡。

現在我們知道，冥王星僅僅是太陽系柯伊伯帶的一顆普通的天體，而且是柯伊伯帶內距離太陽最近的一顆。

柯伊伯帶是位於海王星軌道以外的一片區域，最早由愛爾蘭裔天文學家艾吉沃斯提出，後來傑拉德·柯伊伯將這個觀點完善，因此這片區域也以他的名字來命名。他們認為，柯伊伯帶充滿了微小的冰冷物體，這些都是原始太陽星雲殘留下來的碎片，沒有凝聚成行星，於是散落在這片寒冷的區域。據推測，柯伊伯帶的直徑大約有500個天文單位，也就是750億公裡，這是剛剛發現海王星時的天文學家所完全不敢想像的範圍。在這片區域，分布著大量的小天體，其中最大的也不超過3000公裡，連月球都比不上。

最早進入到柯伊伯帶的天體，其實並不是新地平線號探測器，而是NASA在20世紀70年代發射的旅行者1號探測器。1977年9月5日發射的旅行者1號是第一個給人類傳回近距離拍攝木星、木星照片的探測器，也是目前人類發射最遠的探測器。

2012年8月25日，NASA宣布「旅行者1號」成為人類歷史上第一個進入星際介質的宇宙飛船。很多人誤以為人類探測器終於逃離太陽系了，但其實並非如此。它和後來的旅行者2號，所擺脫的只是太陽的日光層。

我們知道，太陽在進行核聚變的同時，還會向外釋放非常強烈的輻射，大量高能粒子以160萬公裡的時速衝向宇宙空間，這叫做太陽風，並且飛得越遠，密度越低，所以能量也越弱。同樣的，在宇宙中，還有其他天體釋放的輻射，在宇宙中交織起來。在距離我們大約120個天文單位的位置，太陽的輻射和宇宙輻射達到了平衡，這樣的位置就叫做日光層，厚度約為0.5天文單位。在這裡，等離子體的密度比其他區域高了80倍，而且兩股勢力來回的拉鋸也導致這片區域非常不穩定。

當科學家發現旅行者1號探測器"記錄到等離子體（熱的、電離的氣體）以一定的頻率突然出現震蕩的峰值時，就知道這艘太空飛行器已經突破了日光層。"不過，日光層遠不是太陽系的邊界。根據日光層的範圍我們就知道，它只是位於柯伊伯帶之中的一部分，甚至都不在柯伊伯帶的邊界。也就是說，目前兩隻旅行者號探測器只是飛出了日光層，但仍然在柯伊伯帶飛行。

根據NASA在2020年3月12日更新的數據，旅行者一號目前距離地球220億公裡，以17公裡/秒的速度繼續向宇宙深處飛行。按照柯伊伯帶500個天文單位的直徑，它還需要差不多52年的時間才可能飛出柯伊伯帶，進入到太陽系最外層結構——奧爾特雲。

1950年，荷蘭天文學家簡·亨德裡克·奧爾特正式描述了這片區域：屬於太陽系的最外層，由於受到太陽輻射很弱，所以相對穩定。他認為這裡是太陽系中彗星的家園，擁有著上百萬個彗星核，並且其中的物質可以不斷形成新的彗星。

經過多年的研究，科學家們對奧爾特雲的描述也越來越詳細：其質量大約在地球的5-100倍之間，雖然擁有著海量的彗星，但只有5%可以進入到太陽系內部，「朝見」至尊的太陽。

不過，由於人類觀測能力的限制，目前我們對於奧爾特雲的了解還非常有限，或者說得更讓大家「寒心」一點——我們還沒有真正觀測過奧爾特雲。據推測，奧爾特雲的直徑在100000個天文單位左右，或者說是1.87光年的範圍，可能達到2光年（甚至有科學家認為奧爾特雲直徑有3.2光年）。也就是說，從地球出發的探測器，要飛出去差不多1光年的距離，才會到達太陽系的邊緣——這個邊緣，是太陽引力的極限，也是太陽系真正的邊界。