描绘美国宇航局双胞胎航海者宇宙飞船之一的插图。 两个航海者都进入了星际空间，或者我们太阳日球层以外的空间。 图片来源：NASA/JPL-Caltech
随着美国宇航局的航海者一号探测星际空间，它的密度测量正在掀起波澜
在充满星际空间的稀疏原子集合中，航海者 1 号测量了一系列持久的波，以前它只检测到零星的爆发。
直到最近，历史上的每艘航天器都在我们的日光层内进行了所有测量，日光层是我们的太阳膨胀的磁泡。 但在 25 年 2012 月 XNUMX 日， 美国航空航天局的航海者一号改变了这一点。 当它越过日球层的边界时，它成为第一个进入并测量星际空间的人造物体。 现在已经进行了八年的星际之旅，仔细聆听航海者一号的数据正在对这个前沿是什么样的产生新的见解。
如果我们的日球层是一艘在星际水域航行的船，那么航海者 1 号就是一艘刚从甲板上掉下来的救生筏，决心调查洋流。 目前，它所感觉到的任何波涛汹涌的水域主要来自我们日球层的尾迹。 但在更远的地方，它会感觉到来自宇宙更深处的源头的搅动。 最终，我们的日球层的存在将完全从它的测量中消失。
这张 20218 年 1 月的图表显示了航海者 2 号和航海者 1 号探测器相对于日球层的位置，日球层是由太阳产生的保护性气泡，远远超出冥王星的轨道。 航海者 2012 号于 2 年越过日球层顶或日球层边缘。航海者 XNUMX 号仍处于日鞘或日球层的最外层。 （美国国家航空航天局的 航海者 2 号飞船于 2018 年 XNUMX 月进入星际空间.) 致谢：NASA/JPL-Caltech
“我们对航海者号需要走多远才能开始看到更纯净的星际水域有一些想法，可以这么说，”博士 Stella Ocker 说。 纽约伊萨卡康奈尔大学的学生，也是航海者团队的最新成员。 “但我们不完全确定我们什么时候会达到那个地步。”
奥克的新研究，周一发表在 自然天文学，报告了星际空间中物质密度的首次连续测量。 “这一探测为我们提供了一种测量星际空间密度的新方法，并为我们探索非常接近的星际介质的结构开辟了一条新途径，”奥克说。
美国宇航局的航海者一号宇宙飞船捕捉到了这些星际空间的声音。 航海者一号 血浆 波仪器在 2012 年 2013 月至 XNUMX 月和 XNUMX 年 XNUMX 月至 XNUMX 年 XNUMX 月期间探测到稠密星际等离子体或电离气体的振动。图片来源：NASA/喷气推进实验室-加州理工学院
当人们描绘出恒星之间的物质——天文学家称其为“星际介质”，一种散布的粒子和辐射汤——人们可能会重新想象一个平静、沉默、宁静的环境。 那将是一个错误。
“我使用了‘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、该论文的合著者吉姆·科德斯说。
就像海洋一样，星际介质充满了湍流。 最大的来自我们银河系的自转，因为空间涂抹在自身上并形成了数十光年的起伏。 较小的（尽管仍然是巨大的）波从超新星爆炸中涌出，从波峰到波峰绵延数十亿英里。 最小的涟漪通常来自我们自己的太阳，因为太阳爆发通过空间发送冲击波，渗透到我们的日球层内层。
这些冲击波揭示了有关星际介质密度的线索——这个值会影响我们对日球层形状、恒星如何形成，甚至我们自己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，这些电子会以特征频率响起，具体取决于它们是如何挤在一起的。 振铃的间距越高，电子密度就越高。 航海者 1 号的等离子波子系统——包括两个“兔耳”天线，伸出航天器后方 30 英尺（10 米）处——旨在听到这种振铃。
NASA 航海者号宇宙飞船的插图，展示了等离子波子系统和其他仪器使用的天线。 图片来源：NASA/JPL-Caltech
2012 年 1 月，在离开日球层三个月后，航海者 XNUMX 号第一次听到了星际声音（见上面的视频）。 六个月后，又一个“哨子”出现了——这一次声音更大，音调更高。 星际介质似乎变得越来越厚，而且速度越来越快。
这些瞬间的哨声在今天航海者的数据中以不规则的间隔继续存在。 它们是研究星际介质密度的绝佳方法，但确实需要一些耐心。
“它们每年只被看到一次，所以依靠这些偶然事件意味着我们的星际空间密度图有点稀疏，”奥克说。
奥克开始寻找一种星际介质密度的连续测量来填补这些空白——这种测量不依赖于偶尔从太阳传播出来的冲击波。 在过滤了航海者一号的数据，寻找微弱但一致的信号后，她找到了一个有希望的候选人。 它在 1 年年中开始回升，就在另一个哨声响起的时候。
“它实际上是一个单一的音调，”奥克说。 “随着时间的推移，我们确实听到了它的变化——但频率移动的方式告诉我们密度是如何变化的。”
微弱但几乎连续的等离子体振荡事件（在此图形/tk 中显示为一条细红线）连接了航海者 1 号等离子体波子系统数据中更强的事件。 图像在仅显示强信号（蓝色背景）的图表和显示较弱信号的过滤数据之间交替显示。 图片来源：NASA/JPL-Caltech/Stella Ocker
奥克将新信号称为等离子体波发射，它似乎也追踪了星际空间的密度。 当突然的哨声出现在数据中时，发射的音调随之上升和下降。 该信号也类似于在地球上层大气中观察到的信号，已知该信号会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，这是迄今为止我们拥有的最长的一段空间，”奥克说。 “这为我们提供了航海者所看到的最完整的密度和星际介质图。”
根据该信号，航海者 1 号周围的电子密度在 2013 年开始上升，并在 2015 年年中左右达到目前的水平，密度增加了大约 40 倍。 在他们分析的 2020 年初结束的整个数据集中，该航天器似乎处于相似的密度范围内，但存在一些波动。
Ocker 和她的同事们目前正在尝试开发一种如何产生等离子体波发射的物理模型，这将是解释它的关键。 与此同时，航海者一号的等离子波子系统不断将数据发回离家越来越远的地方，每一个新发现都有可能让我们重新想象我们在宇宙中的家。
有关这项研究的更多信息，请阅读在 14 亿英里外的太空中，航海者一号从等离子波中检测到“嗡嗡声”。
参考：“航海者 1 号探测到的星际空间中的持续等离子体波”，作者：Stella Koch Ocker、James M. Cordes、Shami Chatterjee、Donald A. Gurnett、William S. Kurth 和 Steven R. Spangler，10 年 2021 月 XNUMX 日， 自然天文学.
DOI: 10.1038/s41550-021-01363-7
