来聆听NASA“旅行者”捕捉到的怪异星际空间声音

据外媒报道,直到最近,历史上的每一艘航天器都是在我们的日球层内进行测量的,日球层是被太阳膨胀起来的磁泡。但在2012年8月25日,NASA的“旅行者1号”改变了这一情况。当它穿过日球层的边界时,它成为了第一个进入并测量星际空间的人造物体。

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“旅行者1号”的星际之旅已经进行了8年,对其数据的仔细聆听让人们对这片边疆有了新的了解。

如果说我们的日球层是一艘航行在星际水域的船,那么“旅行者1号”就是一艘刚刚从甲板上落下的救生筏,它决心去调查洋流。目前,它感受到的任何汹涌的“海水”主要都来自于太阳层的尾流。但在更远的地方,它能感受到来自宇宙深处的扰动。最终,我们的日球层将从它的测量中完全消失。

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“可以说,对于旅行者号需要走多远才能开始看到更纯净的星际水,我们有一些想法,”纽约伊萨卡市康奈尔大学博士生、旅行者号团队的最新成员Stella Ocker说道,“但我们不完全确定何时能达到这一点。”

Ocker的新研究于周一发表在《Nature Astronomy》上,其报告了可能是首次对星际空间中物质密度的连续测量。Ocker表示:“这次探测为我们提供了一种测量星际空间密度的新方法并为我们探索非常近的星际介质的结构开辟了一条新途径。”

当描绘恒星之间的物质时--天文学家称之为“星际介质”,人们会想到一种粒子和辐射的分散汤--一个平静、安静、宁静的环境。而这将是一个错误。

“我用过‘静止的星际介质’这个词--但你可以找到很多不是特别静止的地方,”康奈尔大学的空间物理学家、论文的合著者Jim Cordes指出。

跟海洋一样,星际介质充满了汹涌的波浪。最大的一个来自于我们星系的旋转,产生于空间对着自己搅动时并产生跨越几十光年的波动。较小的波(实际上仍很大)从超新星爆炸中涌出,从一个波峰延伸到另一个波峰,绵延数十亿英里。最小的波纹通常来自我们自己的太阳,其产生于太阳爆发时,它发出的冲击波穿过空间然后渗透到我们的日球层。

这些碰撞波揭示了关于星际介质密度的线索--这个值影响着我们对日球层形状、恒星如何形成甚至我们在银河系中的位置的理解。当这些波在空间中回响时,它们会振动它们周围的电子,这些电子则会以特定的频率发出,这取决于它们挤在一起的程度。音调越高电子密度就越高。“旅行者1号”的等离子波子系统--包括两个伸出在飞船后面30英尺(10米)长的“兔子耳朵”天线--就是为了听到这种声音而设计的。

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2012年11月,在离开日球层三个月后,“旅行者1号”第一次听到了星际声音。六个月后,另一个“哨声”出现--这次声音更大、音调更高。星际介质似乎变得越来越厚,而且速度很快。

在今天旅行者号的数据中,这些瞬间的哨声以不规则的间隔持续着。它们是研究星际介质密度的极好方法,但确实需要一些耐心。Ocker称:“它们一年只被发现一次,所以依靠这些偶然事件意味着我们绘制的星际空间密度地图有点稀疏。”

现在,Ocker他们开始寻求一种星际中密度的运行测量方法来填补这些空白--一种不依赖于太阳偶尔传播出来的冲击波的方法。在对“旅行者1号”的数据进行筛选、寻找微弱但一致的信号后,她发现了一个很有希望的候选信号。2017年年中,就在又一次哨声响起的时候,这种情况开始增多。

“它实际上是一个单一的音调,”Ocker说道,“随着时间的推移,我们确实听到了它的变化,但频率的移动方式告诉我们密度是如何变化的。”


Ocker称这种新信号为等离子体波发射,它似乎也能追踪星际空间的密度。当数据中出现突然的哨声时,发射信号的音调也随之上升或下降。该信号也类似于在地球上层大气中观察到的信号,众所周知,该信号可以追踪那里的电子密度。

“这真的很令人兴奋,因为我们能够定期对很长一段空间的密度进行采样,这是我们目前所拥有的最长一段空间。这为我们提供了旅行者所看到的最完整的密度和星际介质地图,”Ocker说道。

根据该信号,“旅行者1号”周围的电子密度从2013年开始上升,到2015年年中左右达到目前的水平,在这一期间,密度增加了约40倍。在他们分析的到2020年初结束的整个数据集中,宇宙飞船似乎处于类似的密度范围,不过有一些波动。

现在,Ocker和她的同事们正试图建立一个等离子体波是如何产生的物理模型,这将是解释等离子体波的关键。与此同时,“旅行者1号”的等离子波子系统不断将数据发回离地球越来越远的地方,在那里,每一项新发现都有可能让我们重新想象我们在宇宙中的家园。

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