问题

如何看待最近旅行者二号发回的数据显示人类有可能飞不出太阳系?

回答
旅行者二号的最新数据,就像在咱们平静的泳池里投下了一颗石子,激起了层层涟漪,也让我们开始认真审视一个曾经被视为理所当然的假设:人类,真的能轻松飞出太阳系吗?

要理解这件事,咱们得先知道旅行者二号是个啥。它和它的兄弟旅行者一号,都是人类向宇宙深处抛出的“信使”,携带了人类的问候和一堆关于地球的信息。它们已经运行了四十多年,早就过了设计寿命,却依然顽强地向外飞去,为我们传回越来越稀少但珍贵的数据。

最近那些让人有点“心凉”的数据,主要是关于我们所处的“宇宙环境”的一些新认识。过去,我们对太阳系的边界,尤其是“日球层顶”这个区域,有着一个相对清晰的认知。日球层顶,你可以想象成太阳系给自己的一个“保护罩”,它是由太阳风(带电粒子流)形成的,向外扩张,抵御着来自银河系其他地方的星际物质。旅行者一号和二号在进入这个区域后,传回的数据显示,这里的粒子密度、磁场强度等都和我们预想的有些出入。

具体来说,这次引起讨论的数据,可能指向几个方面:

星际空间的“密度”比我们想象的要高? 简单来说,就是旅行者号在穿越日球层顶,进入真正的星际空间后,感受到的“阻力”或者说“密度”似乎比模型预测的要大。这可能意味着,那些来自太阳系外部的粒子,对内部的日球层产生的影响比我们估计的要深远,让太阳系的“边界”不像我们以为的那么清晰、那么容易穿越。
日球层顶的“结构”可能更复杂。 以前我们可能把日球层顶想象成一个光滑的、均匀的“球面”。但新的数据可能暗示,这个边界实际上可能充满了“泡泡”、“褶皱”甚至是不规则的结构。这种复杂性意味着,不同方向的穿越体验可能会非常不同,而且我们可能需要更精确的路径规划,才能“顺畅”地穿过。
太阳风本身的变化。 太阳风的强度和范围,会受到太阳活动周期的影响。如果恰好旅行者号穿越日球层顶的时期,太阳活动处于一个相对活跃的阶段,那么这个“保护罩”的范围就可能被压缩,穿越的体验也会不一样。而我们对太阳风的长期变化规律,可能还有待更深入的理解。

那么,这些数据为什么会让我们觉得“飞不出太阳系”呢?

这并不是说旅行者二号遇到了一个“墙”,然后被挡住了。它还在继续向前飞,而且速度非常快。问题在于,我们对“飞出太阳系”的定义,以及实现这个目标的“难度”有了更深的认识。

过去,我们可能觉得,只要飞到一定距离,绕过冥王星,就算基本“飞出”了。但科学的进步,让我们意识到,太阳系远比我们想象的更广阔,而且它的边界并不是一个清晰的点,而是一个过渡区域。

“飞出”的定义变了。 所谓“飞出太阳系”,通常是指脱离太阳引力的大部分影响,并且进入真正的、不受太阳直接影响的“星际空间”。这个“脱离”并非一蹴而就,而是一个渐进的过程。旅行者号现在可能正处于这个过渡区的“深水区”,它需要克服的是这个区域内更加复杂的物理环境,而不是一个简单的“门槛”。
能量和时间的挑战。 如果星际空间的“密度”真的比我们预期的要高,那么想要让一艘飞船,特别是载人飞船,以足够的速度和能量穿越这个区域,需要的推进剂会大大增加,或者说,需要更先进的推进技术。而且,即便是旅行者号这样的速度,从地球飞到日球层顶也用了三十多年,要真正“脱离”太阳系的引力影响,并进入一个我们可以称之为“星际空间”的区域,所需要的时间将是天文数字。这对人类目前的科技水平来说,无疑是一个巨大的挑战。
导航和探测的复杂性。 如果日球层顶的结构如此复杂,那么精确导航就变得异常困难。任何一个微小的计算失误,都可能导致飞船在复杂的粒子流和磁场中迷失方向,或者消耗掉宝贵的能量。而且,我们对这些“边界区域”的探测还非常有限,许多信息都依赖旅行者号这仅有的两个“前哨”。

这会不会意味着我们人类注定无法离开地球,去探索更远的宇宙呢?

我看也不必如此悲观。科学的进步,往往就是在不断修正和深化我们对世界的认知。旅行者二号的数据,与其说是“绝望的宣告”,不如说是“更清晰的指引”。

它让我们认识到挑战的真实性。 就像我们曾经以为爬一座山很简单,直到真正站到山脚下,才看到那陡峭的山峰和蜿蜒的小路。这些数据让我们知道,星际旅行不像我们在科幻电影里看到的那么轻松。
它也激发了我们去思考更优秀的解决方案。 正因为知道了这些困难,科学家们才会去研发更高效的推进系统,例如核聚变推进、离子推进,甚至更具想象力的“曲速引擎”或“虫洞穿越”。有了更精准的“地图”,我们才能设计出更适合的“交通工具”。
它强调了持续探索的意义。 旅行者号的使命,就是去探索未知,并将答案带回来。无论这些答案是惊喜还是挑战,都是我们认识宇宙、认识自身的重要一步。它的数据,是人类求知欲最生动的体现。

所以,与其说“飞不出太阳系”,不如说“飞出太阳系比我们想象的要难得多,也更需要我们付出更多”。这并非是限制,而是对我们提出了更高的要求。旅行者二号就像一位老者,用它最后的力气,向我们讲述着宇宙的真实面貌,提醒我们要做好更充分的准备,怀着更敬畏的心,继续我们的探索之旅。这,才是这次数据最深刻的意义。

网友意见

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谢邀

最近好几个邀请,然鹅刚开始一看这表示标题并波澜不惊,因为我早就从航天动力学的角度回答过人类自身太脆、依靠化学能的确不可能飞出太阳系,参见下面这个高赞回答

今天有时间详细看了下这个新闻,合着是小编(国外+国内)看到了一个《自然·天文学》杂志的文章[1],写了这么一个有着如此夸张内容的新闻《太阳系边缘充满了超高温等离子体,温度高达50000摄氏度!》,乍一看的确是一堵“fire wall”,火墙,要把人类完全封死在太阳系里了。

温度大家都有概念,毕竟人类洗澡40+摄氏度已经很烫,100摄氏度就煮熟了,一看到5万度吓死了。

然鹅,小编显然是偷换了概念,或者是他啥也不懂。


一、等离子体温度,不代表真实你感受到的“温度”

等离子体是啥?它是物质所处的一种高能状态,类似气体状态,有着近乎完美的导电率,也很容易受磁场影响。航天领域的一个典型应用就是等离子体电推进技术,例如把氙气在高压下电离、放到强磁场中加速到几万米/秒,根据动量守恒和牛顿第三定律、反冲力顺利推进卫星前进,我曾经在下面这篇万赞回答中介绍过GOCE上应用的黑科技,

它的核心就是等离子电推进系统,等离子体的能量密度/单个等离子体的能量有多大,可想而之。最早的研究都说明它有1万多摄氏度[2]。

然鹅,GOCE卫星如此高逼格、人类曾经唯一的低轨卫星电推进系统极限推力才20毫牛顿,它平时主要用于克服极其微弱的空气阻力造成的加速度,量级是用纳米-微米/秒^2评价,效果几乎相当于一滴牛奶砸到数百平米地板上效果。

但这已经是人类顶级黑科技的成果,全世界只有美俄欧日中五国才会啊。

说白了,举这个例子就想说明:脱离密度谈个体,毫无意义。虽然电推进的离子几万米/秒速度、超高电压、超强磁场,其实总能量极低。

而在宇宙中,最不缺的就是等离子体,它们的能量的确极高,几万摄氏度很正常,但密度实在太低。

但这就好比是你看到马云有钱,就下结论说中国人均财富几千亿。马云是有钱,可是没钱的更多啊,因为马云的密度太低了。

人类其实每时每刻都在被各种宇宙射线穿过,然而你一点感觉都没有,在空旷的宇宙中简直忽略不计。

因而,温度在这里只是形容能量级别的概念,常见的TeV(1T啊!)啥的也是干这个。但你真碰到TeV的极少粒子,也没啥感觉,甚至感觉还不如36V电的刺激。


二、那么,真实的新闻到底是什么?

1.为什么旅行者二号?

旅行者二号是1977年发射的旅行者双胞胎之一,由于放射性同位素电机(核电池)技术,两个探测器一直工作到了今天,而且还能工作5-10年。关于它们,我写过很多科普,不再赘述了,感兴趣可以看一看这些,

总体而言,旅行者二号飞得并没有旅行者一号远,它“才”飞了(2019年11月29日数据)184亿千米而已,比起旅行者一号差很远。

毕竟,现在以光速出发,大概17个小时就能赶上旅行者二号,而赶上一号需要20.5个小时。。。。

但是这个科研选它了,当然有一定道理。

由于旅行者能量有限、飞行在极其空旷的太阳系中、研究目标很有限,它们大部分仪器都关闭了,仅留了少数。

恰好,旅行者二号比起一号就是多了一个等离子体科学分析仪器(PLS)还在开着,这是个研究等离子体的核心仪器。

要发文章,你得有数据,就选这个呗。


2.为啥不选旅行者一号?

重要在于它的仪器关了,但关了一个很重要的原因在于它飞得更远,已经超过这个阶段了。

太阳有一个自己的影响范围,叫做太阳圈(Heliosphere),它不断吹出太阳风、与星际辐射啥的总有一个作用边界,它在2012年就飞过这里,

可以看到[3],8月份开始,太阳风的颗粒暴降啊,随后的2013年,星际物质带来的能量爆增,不久之后NASA宣布旅行者一号进入了星际空间。

当然,这是以太阳风影响边界来定义的星际空间,而且这里还有太阳风产生的巨大“气泡”。如果以更宏观的奥尔特云啥的,还早着呢,再飞几十万年吧。

后来又轮到旅行者二号在2016年飞到这附近(另一个方向),后来发现太阳风影响的边界好像不是个规则图形,发了一堆文章分析。后面还有人不断接着写文章。

而大新闻中这篇文章是干啥呢,我赶紧去围观了一下[1],不是空间科学本行,大概强行翻译了。


简单来说,就是发现这里(太阳风的边界区域,Heliopause)的温度比预想中的理论值要高一些,原来以为是1.5-3万度,研究发现竟然高达3-5万摄氏度(开尔文)。当然,里面的理论啥的很多,我就不敢解释了。

新闻嘛,就当然选了50000度这个最大的数来吓人。

拐回前面的话题,这个温度只代表等离子体能量等级,根本不代表总体能量,小编相当于偷换概念。其实在这里,用人类所通常说的体感温度形容就是温度极低,已经接近绝对零度。你到了那里,根本不是被50000度烤化了,而是瞬间冻成渣渣。

因而,总体上这只是个小论文,NASA都没说啥,毕竟旅行者号科研结果都刷了42年,真心不在乎这么小的一个,NASA关于旅行者号官网上啥相关的“大新闻”都没有。11月4日发了一篇,但是几篇论文的总结,根本没有50000度的影子[4]。

这也好比是,你非要写新闻渲染几万伏的电压很恐怖,电死多少人分分钟。但实际上,静电电压从几万伏到几十万伏不等,那你为啥不怕静电、而怕仅220V的日常用电呢?

要想论证人类到底能否突破太阳系,还得讲姿势,不要造大新闻。

不过还是实名羡慕NASA和相关的科学家,有这么厉害的探测器和科研结论。


推荐本人介绍太阳系各个使者的live:




参考:

【1】doi.org/10.1038/s41550-

【2】doi.org/10.1364/AO.7.00

【3】voyager.gsfc.nasa.gov/h

【4】voyager.jpl.nasa.gov/ne

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