旅行者1號飛出太陽系，這一次是真的

作者：南方周末記者黃永明

2012年9月14日，作為旅行者號探測器飛行35年紀念活動的一部分，許多科學家和工程師聚集在加州帕薩迪納市，了解到旅行者探測器的一些內幕故事。照片上方為旅行者1號的全尺寸模型。（CFP/圖）

在過去幾年裡，「旅行者1號」已經數次被宣布即將飛出太陽系。但這一次是真的。根據美國《科學》雜誌2013年9月12日在線發表的論文，「旅行者1號」飛出太陽所控制疆域的實際時間是2012年8月25日。

1977年，「旅行者1號」探測器由美國宇航局（NASA）發射升空。它的目的地不是太陽系裡的某一個天體，而是星辰大海——它永不回頭地沿著離開太陽系的路徑飛去。36年後的今天，美國宇航局正式宣布「旅行者1號」已經飛入星際空間。它成為人類歷史上第一個到達星際空間的人造物。

「我們真的都從椅子上跳起來了！」一名分析數據的天文學家在向美國宇航局講這個消息的時候說。「旅行者1號」如今已經飛到了距離太陽125天文單位的地方，也就是地球與太陽距離的125倍。它仍然在發射微弱的信號，功率只有23瓦，相當於家用冰箱里的照明燈泡，但天文學家們設法獲得了如此暗淡的信號，並分析出它已經越過了一個長期存在於理論中的邊界。

美國愛荷華大學的唐納德·格尼特（Donald Gurnett）及同事做出了這項分析，研究報告由美國《科學》雜誌在2013年9月12日在線發表。他們對探測器所探測到的等離子體的強度做了分析，認為「旅行者1號」飛出太陽所控制的疆域的時間是2012年8月25日。

立項於1970年代初，「旅行者1號」最早是作為探索木星和土星的任務來設計的，後來由於經費削減，改成僅僅飛掠木星和土星的任務，在此之後，如果設備還能正常工作的話，那就再造訪一下天王星和海王星。「旅行者2號」的設計與其相似，二者在1977年先後發射升空。在當時，這兩架探測器都是人類製造出的最為複雜的深空探測器，電子電路的數量「相當於2000台彩色電視機」。

按照《時代》周刊的說法，探測器發射的時候，吉米·卡特還在白宮，老鷹樂隊《最美好的愛》正是美國最受歡迎的歌曲，《拉維恩和雪莉》是收視率最高的電視劇。

那個時候，CD還沒有被發明出來，因而「旅行者1號」帶著一張留聲機唱片上路了。唱片中包含了聯合國秘書長和美國總統的問候語，還有鯨的叫聲、嬰兒啼哭、海浪拍岸的聲音，以及包括莫扎特在內的一系列音樂家的作品。

天文學家們知道「旅行者1號」只要一直飛下去，有朝一日一定能夠飛出太陽系，並把這些來自地球的問候帶給外星文明——如果它們存在並能發現這架探測器的話。在給外星人看的金屬盤上，還標註了地球的位置、生命的形態以及其他一些信息。

飛掠木星和土星任務在1979年和1980年順利完成，「旅行者1號」的基礎任務階段就此結束，隨後便進入了擴展任務階段。美國宇航局噴氣推進實驗室（JPL）給「旅行者1號」設計的天線讓擴展任務能夠持續相當長的時間。那是一個直徑3.7米的天線，讓探測器哪怕飛到太陽系的邊緣也仍然能把信號發回地球。

「旅行者1號」拍攝的一張最著名的照片便是「暗淡藍點」。1990年，「旅行者1號」已經飛過了冥王星的軌道，那時冥王星還是九大行星之一。在人類的諸多定義中，冥王星也是太陽系的「邊界」之一。在那一年的2月14日，美國宇航局讓「旅行者1號」調轉過頭，向著來路拍了一些照片，取得了太陽系行星的全家福。在照片中，地球沐浴在一道陽光中，只是0.12像素大小的一個白點。美國天文學家卡爾·薩根後來在他的著作中將此稱為「暗淡藍點」。

在廣袤的宇宙中，地球就是這樣一個蒼白渺小的光點。薩根為此寫道：「再看看那個光點，它就在這裡。這是家園，這是我們。你所愛的每一個人，你聽說過的每一個人，曾經有過的每一個人，都在它上面度過他們的一生。……我們的心情，我們虛構的妄自尊大，我們在宇宙中擁有某種特權地位的錯覺，都受到這個蒼白光點的挑戰。」

這是「旅行者1號」的驚鴻一瞥，但跨越冥王星軌道只是它漫漫旅途的開始。從冥王星軌道將無線電信號傳回地球只需要大約4個小時，而今天，「旅行者1號」發出的信號已經需要在空間傳播17個小時才能到達地球。「旅行者1號」的飛行速度超過了第三宇宙速度，這就意味著它將義無反顧地朝著太陽系外飛去。

在過去幾年裡，「旅行者1號」已經數次被宣布即將飛出太陽系。在2005年，天文學家們就提出「旅行者1號」已經進入了太陽風鞘。太陽風鞘是空間中的一個區域。太陽發出的等離子體帶電粒子流被稱為太陽風，太陽風到達一定距離後，會因與星際介質發生相互作用而出現減速、壓縮並變得紊亂。發生這些現象的區域就是太陽風鞘。

「旅行者1號」飛到了這裡，天文學家們便很自然地認為它已經接近太陽系的邊緣了。再往前，就是太陽風層頂（heliopause）了。在這裡，星際介質和太陽風的壓力達到平衡。但沒有人知道這個邊界究竟有多遠。2012年的時候，有天文學家根據2012年2月之前的數據在《自然》雜誌上提出，太陽風層頂比以前認為的要更遠，「旅行者1號」還要飛很久才能到達。

但現在看來，僅僅在半年之後，「旅行者1號」就飛過了那個邊界。2013年3月，美國新墨西哥州立大學的天文學家比爾·維格（Bill Webber）就提出，「旅行者1號」已經在2012年8月25日飛過了太陽風層頂。他們發現探測器的數據顯示出其接收到的來自星際空間的宇宙輻射強度大幅增加到以前的兩倍，這是自發射以來都沒有出現過的水平。這可能意味著探測器進入了一個與此前不同的區域。

不過天文學家們不敢馬上確定說「旅行者1號」已經飛進了星際空間，也許它只是進入了一個以前不知道的獨立空間呢？因而，維格的判斷在天文學界出現了爭議。比如有人提出，「旅行者1號」可能已經進入「太陽風鞘耗減區」，但仍然在太陽風統治的「日球層」之中。

來自美國馬里蘭大學的馬克·思維達（Marc Swisdak）及同事從另外一個角度考察了這個問題。他們使用了「磁重連」的理論，分析得出「旅行者1號」已經飛過太陽風層頂的結論。他們的研究論文發表在2013年8月的《天體物理快報》上。

「這是一個多少有點爭議的觀點，但我們認為『旅行者1號』終於離開了太陽系，真正開始了它在銀河系中的旅行。」思維達在發布他們的研究結果時說。與之前的日期不同，思維達等人給出的「旅行者1號」穿過太陽風層頂的日子是2012年7月27日。

最終給出確定答案的天文學家是愛荷華大學的唐納德·格尼特團組。他們利用了一次日冕物質拋射事件來確定「旅行者1號」的位置。

2012年3月，一次大規模的日冕物質拋射在太陽上出現，日冕上一團帶電粒子被拋射出來。對於研究太陽繫結構的天文學家，這是一件意外的禮物。13個月之後，帶電粒子到達了「旅行者1號」所在的位置。「旅行者1號」攜帶的儀器探測到了它周圍的等離子體的振動，並把相關的數據傳回了地球。

由於處在不同的區域中時，等離子體的振動會有所不同，而來自「旅行者1號」的數據就在暗示，探測器正沐浴在相當稠密的等離子體中。與在日球層內部時相比，此時「旅行者1號」周圍的等離子體的密度提高了40倍。這樣的環境被認為是在星際空間才有的。

由此入手，格尼特的團組向前追溯，發現了另外幾次類似的等離子體振動事件曾發生在2012年10月和11月。最終，他們提出「旅行者1號」是在2012年8月穿過了太陽風層頂。隨後，美國宇航局在2013年9月確認了這一判斷。

對於太陽系的邊界，人們有著不同的理解。實際上，即便出了太陽風層頂，也並不意味著太陽失去了統治。在遠遠超過這個距離的地方，還有一大批受太陽引力而聚集在一起的小天體，形成包裹著太陽系的「奧爾特雲」。有些人認為，奧爾特雲才是太陽系的邊界。奧爾特雲距離太陽大約有1萬天文單位，「旅行者1號」要飛到那裡還需要兩萬年的時間。因而，在天文學家的論文中，他們只是謹慎地說「旅行者1號」現在是穿過了太陽風層頂，或是飛出了日球層。

在美國宇航局宣布「旅行者1號」飛出太陽系的同時，天文學家們也公布了一張新照片。在這張照片上，黑暗的背景中有一個呈扁橢圓形的藍色光點。那就是「旅行者1號」——迄今為止離地球最遠的人造物。天文學家們利用了地球上最大的射電望遠鏡陣列拍到了這張照片。

美國宇航局旅行者號項目主管蘇珊娜·多德（Suzanne Dodd）在發布「旅行者1號」離開太陽系的消息時說：「團隊努力建造出耐用的飛行器，加上細緻管理飛行器有限的資源，最終對美國宇航局和人類做出了回報。」她同時說，他們希望探測器上的場和粒子探測設備能夠堅持到2020年。

現在的估計是，隨著「旅行者1號」的能源逐漸衰竭，它所攜帶的設備可能會在2025年停止工作。之後，它會帶著人類的問候繼續在星際空間安靜地遊盪，地球上沒有人知道它將到達哪裡。