目前人類發射的探測器,行進的距離最遠的當屬旅行者1號,在發射升空40多年的時間裡,它已經走過了220多億公里的路程,不過在它完成既定的任務以後,是依靠著慣性逐漸向太陽系的遠方進發的,在此過程中它的能源供給逐漸枯竭,再也向地球傳送不了任何資訊了。
截至目前,人類乘坐著航天器,到過最遠的地外天體,只不過是距離地球最近的月球,只有38萬公里,樂觀地估計,人類可能於將來的10年左右時間,會將足跡印刻在火星-這顆地球的“鄰居”行星上。對比最遠無人探測器旅行者1號所走過的路程,人類在太陽系中的足跡簡單是“原地踏步”,而旅行者1號距離逃脫太陽的有效引力範圍,按照現有的速度仍然需要上萬年。所以,人類究竟能不能離開太陽系,始終是困擾我們的一大難題。如果連太陽系都離開不了,我們人類的深空探測豈不是失去了根本的目標和動力源泉?
地球在太陽的引力驅動下,太陽在銀河系中心的引力帶動下,整個太陽系以螺旋挺進的運動方式,在宇宙空間中高速“奔跑”。據科學家們研究發現,在大約6萬年前,太陽系的整體進入到了宇宙空間中的一塊特殊的區域,這個區域充斥著數百萬年前由超新星爆發釋放出來的巨量星際氣體和塵埃,從外界來看,太陽系的整體與這塊空間區域發生了“碰撞”,太陽系融入到了這片未知的區域。
如果從人類探測器的絕對速度來看,我們近期要想離開太陽系肯定是不現實的,而在太陽系與宇宙空間的聯絡來看,存在著一個臨界點,這個臨界點不是太陽系的有效引力範圍,而是太陽向外的輻射與宇宙外空間向內輻射的交界區域,在這裡太陽輻射與宇宙輻射的作用幾乎達到平衡點,一旦超出這個臨界點,宇宙輻射就會佔據上風,科學家們這個臨界區域所圍成的空間稱為“日球層”。
通俗地講,日球層也就是太陽風的影響範圍,太陽風在到達日球層頂時,它的影響剛好與來自外界宇宙空間的宇宙帶電粒子相平衡。根據多年的研究發現,日球層的半徑大約為120個天文單位,其厚度大約為0.5個天文單位。因此,幾十年來,如何對日球層頂這片空間開展探測、如何發射有效的探測器抵達這片區域,是科學家們重點研究的領域。在2019年的時候,科學家們提出了專門針對日球層頂進行探測的星際探測概念。去年年底,美國科學家們提出了一個實現任務的星際探測器概念報告,與此同時,中國科學家也提出了相應的計劃,命名為“星際快車”。
其實,40多年前發射的旅行者1號和2號探測器,也在探測日球層上作出了巨大貢獻,它們在抵達日球層頂時,依靠殘留的能量,向地球傳送了有關這個區域磁場和溫度等有關資訊。不過,這兩個探測器都不是專門用於探測日球層頂而研發設計的,因此無論是在專用儀器的搭載、還是資訊的捕捉和傳送上,都顯得捉襟見肘。為了更好地對這一“神秘”區域進行深入探測,美國和中國的一些科學家提出了不同的大膽設想。
美國科學家提出的設想:利用美國即將推出的太空發射系統 (SLS),透過強推力火箭,將重達800多公斤的星際探測器發射升空,以每秒約17公里的速度向日球層頂行進,預計在15年左右的時間就會到達日球層頂。相比旅行者1號到達此區域用了35年,擬發射的星際探測器執行速度更快。
設想中的星際探測器,攜帶著諸多先進的探測儀器裝置,其中最為重要的是,能夠拍攝太陽風撞擊星際介質高能中性原子成像儀,從而建立日光層的真實影象,並且驗證是否像之前科學家推測的“羊角麵包”形狀。同時,探測器配備四個 50 米長的無線電天線,用於測量周圍等離子體中的電子密度,從而確定探測器到底處於日球層頂的具體區域,繼而判斷出探測器什麼時間能夠真正穿越過去。
另外,探測器上還將攜帶磁力計以及星際塵埃分析儀,從而精密測量從太陽發出的帶電粒子流與星際介質的相互作用機制,這項研究也是史無前例的。該設想方案所設計的總體目標,是能夠在50年內探測完成距離地球300個天文單位的區域,在150年內完成距離地球1000個天文單位星際空間的探測,需要幾代人的共同努力。
我國科學家提出的設想:以實施“星際快車”任務為載體,發射兩到三個航天器到星際空間中,這幾個航天器沿著行進的軌跡排成一列,在抵達日球層頂時,恰好保障一個在日球層的頂部,一個在尾部。
我國的總體計劃,根據公開的訊息看,要比美國的更著實一些,而且已經被列入計劃日程,預計最早的發射將於2024年就將開始。屆時在2049年時航天器最遠的差不多已經抵達距離地球100個天文單位的空間。
與星際探測器一樣,我國將要發射的這幾個航天器,也都將配備高效能的中性原子成像儀,可以為我們提供關於日球層的快照,同時還攜帶了能夠測量磁場強度以及等離子體密度的儀器。我國的“星際快車”任務與美國的“星際探測器”計劃,一前一後,對人類深入認知太陽系和更寬闊的宇宙空間,將發揮出前所未有的作用。
我國近年來航空航天技術飛速發展,嫦娥號探月取土返回、登陸火星、建造空間站都取得舉世矚目的成就,未來實施“星際快車”任務、建造月球基地、實施載人登陸火星等在內的更多、更宏大的宇宙探測計劃,彰顯了我國強大的科技力量和航天能力,為中國航天人點贊!
