“航海家-1”最初計劃作為“水手”的壹部分，其設計采用了當時的重力加速新技術。幸運的是，這次任務恰好遇到了176年才發生壹次的行星幾何排列:“飛船只需要少量燃料進行通道修正，其余時間可以靠各行星引力加速。壹艘飛船可以訪問太陽系的四大氣態巨行星:木星、土星、天王星和海王星。”
旅行者1和旅行者2號就是為這個機會設計的，它們的發射時間也經過了精確的計算。多虧了這個百年壹遇的機會，兩個姐妹航天器訪問四個行星只需要12年，而不是通常的30年。
旅行者-1於1977年9月5日從佛羅裏達州卡納的維納爾角航天基地發射升空。至今仍在正常運行。它是歷史上距離地球最遠的人造飛船，也是第壹個離開太陽系的。
旅行者-1從1979到1開始拍攝木星，同年3月5日距離木星最近，僅34.9萬公裏。旅行者-1在其48小時的短途飛行中完成了對木星衛星、光環和磁場的深入研究並拍攝了高分辨率照片，還在木衛壹上發現了火山活動。
旅行者-1在1980 165438+10月與土星擦肩而過，6月165438+10月12距離土星最高雲124000公裏。它探測到土星環的結構比預期的更復雜，還觀測到了土衛六上稠密的大氣。然而，這次接近土衛六的決定導致旅行者-1受到額外引力的影響，最終導致衛星離開黃道(即太陽系中行星的軌道水平)，終止了其行星探測任務。
旅行者2號於1977年8月20日發射，目前仍在正常運行。這是歷史上運行時間最長的太空探測器。它與它的姊妹船航海家-1的設計基本相同，但不同的是，航海家-2遵循緩慢的飛行軌跡，以便它可以停留在黃道上，並在1981通過土星的引力加速飛往天王星和海王星。
正因為如此，旅行者2號不像旅行者1號那樣靠近土衛六。但它卻成為第壹個造訪天王星和海王星的航天器，並在176年以千載難逢的行星幾何排列完成了造訪四顆氣態巨行星的航程壯舉。
旅行者2號距離木星最近的時間是1979年7月9日，從木星雲頂57萬公裏處經過。這次探索發現了木星周圍的幾個環，並拍攝了壹些木衛壹的照片。
旅行者2號在1981年8月25日最接近土星。它使用雷達探測土星的高層大氣，並測量溫度和密度等數據。
旅行者2號在1986 65438+10月24日距離天王星最近，立即發現了10顆此前未知的天然衛星。它還探測到天王星旋轉軸傾斜97.77°形成的獨特大氣，並觀察到其行星環系統。
旅行者2號在1989年8月25日最接近海王星。因為這是它能訪問的最後壹顆行星，美國國家航空航天局決定將旅行者2號的航線調整到靠近海衛壹的地方，它在探索中發現了海王星的大黑點。
旅行者1和旅行者2號都獲得了許多關於太陽系氣體行星的信息，這有助於天文學家大大增加對它們的了解。衛星軌道的變化也被科學家用來研究海王星外天體的存在。
2012 6月17日，美國國家航空航天局宣布，經過35年的飛行，旅行者-1號已經離開太陽系，首次進入星際空間。參與“旅行者”項目的科學家埃德·柊司說:“人類向星際空間發送的第壹個信使已經在太陽系的邊緣。壹旦進入星際空間，需要4萬年才能到達下壹個行星系統。”
2012年8月25日，旅行者-1成為第壹個穿越太陽圈進入星際介質的航天器。
2013年6月，旅行者-1進入太陽鞘層，距離太陽超過186億公裏(124.5天文單位)。這是太陽系中的終端沖擊波區和星際空間(或星際物質)之間的區域，是壹個廣闊的區域，同時受到太陽和銀河系的影響。太陽光到達飛船需要17個多小時。
2065438+2003年9月12日，美國國家航空航天局確認“旅行者-1”已經飛行了39年，距離地球約206億公裏，最終成為第壹個飛出太陽系的人造物體。
美國國家航空航天局發言人說:“旅行者號到達了壹個探測器從未到達的空間，這是人類科學發展史上的壹個裏程碑。”壹系列相關數據證明，“旅行者-1”現在已經離開了由包裹在太陽系周圍的熾熱活躍粒子組成的太陽圈頂層，進入了寒冷黑暗的星際空間。
到2013年6月，旅行者2號距離太陽約1524億公裏(約101.9天文單位)，也已進入太陽鞘層。20118年10月5日，旅行者2號成為繼旅行者1號之後第二個飛出氦進入星際空間的人造物體。氦層是太陽引起的粒子和磁場的保護層。
美國國家航空航天局旅行者計劃的科學家埃德·柊司說:“旅行者不斷給我們帶來驚喜，這意味著我們有很多東西要學。如果旅行者2號發回和旅行者2號壹樣的東西，我會很驚訝，因為這太棒了。但現在我們看到的是太陽系活動周期中不同時間的景象，因此我們可以了解不同和相同的地方。”
旅行者1和旅行者2號仍在向太陽系外移動，而旅行者-1是目前離地球最遠的人造飛船。
到2018、10、18年底，旅行者-1距離太陽215億公裏。得益於幾次重力加速，旅行者-1的飛行速度超過了現有的任何人類飛行器，這使得它的姐妹船旅行者-2(提前兩周發射)永遠無法超越它。它們的動力來自放射性物質衰變帶來的熱能，每年減少約4瓦的能量。
雖然所有的“旅行者”都離開了氦層，但美國國家航空航天局在2018年2月修改了說法，仍然表示他們離開太陽系的說法不準確。科學家表示，旅行者2號可能需要近3萬年才能飛離太陽。
“旅行者-2”向地球傳輸信號，直到2020年代；2036年，“旅行者-1”信號傳輸的電力將耗盡。電池耗盡後，它會繼續向銀河系中心移動，但不會向地球發回數據。旅行者-1預計在300年左右到達理論上的奧爾特雲，需要3萬年才能通過。
奧爾特雲又稱奧皮克-奧爾特雲，理論上是圍繞太陽的球形雲，主要由冰小行星組成。奧爾特雲位於星際空間，離太陽最遠約654.38+百萬天文單位(約2光年)，是太陽與比鄰星距離的壹半。同樣由海王星外天體組成的柯伊伯帶和離散盤，距離太陽的距離不到千分之壹。奧爾特雲的外緣標誌著太陽系的結構邊緣和太陽引力影響範圍的邊緣。
由於旅行者2號訪問行星的任務已經結束，旅行者1被美國國家航空航天局描述為Ad Astra的任務，盡管它在40，000年內不會去任何特定的恒星。但是“旅行者-1”將經過Gliese 445，它目前位於蛇夫座，距離1.6光年。這顆恒星正以119 km/s的速度向太陽系移動，美國國家航空航天局說:“旅行者註定——也許永遠——要漫遊銀河系。”
自文明誕生以來，太陽系外的星際空間對於地球上的人類來說壹直是壹個神秘的黑暗真空地帶，它的秘密今天終於被首批即將離開太陽系的兩艘無畏號飛船揭開。
太陽系的邊緣，遠離太陽的保護，似乎是壹個寒冷、空曠、黑暗的地方。很長壹段時間，人類認為太陽系和最近的恒星之間的這片廣袤空間是壹片可怕的虛空。
直到最近，太陽系的邊緣還是壹個黑暗的空間，人類只能從遠處窺視。天文學家經常忽略這壹點，更喜歡將望遠鏡對準附近的恒星、星系和星雲。
然而，正如上文所述，在過去的幾年中，旅行者1和旅行者2號已經飛到了壹個我們稱之為星際空間的陌生區域，發回的圖像讓人類第壹次瞥見了這個浩瀚太空的真實面目。作為第壹個遠離太陽系的人類建造的物體，這兩個航天器正在探索距離地球數十億英裏的未知領域。在此之前，人類的宇宙飛船從未飛到如此遙遠的太空。
“旅行者”號揭示了在太陽系的邊界之外，有壹個肉眼看不到的區域，但該物質相當活躍、混亂和攪動。同時，太陽及其行星形成的太陽圈在星際空間與星際物質碰撞時會產生弓形沖擊波。
新西蘭克賴斯特徹奇坎特伯雷大學研究太陽系外層區域的天文學家米歇爾·班尼斯特(Michelle bannister)說，“如果妳觀察電磁波譜的不同部分，妳會發現太空的那些部分與我們肉眼看到的黑暗有很大不同。在這裏，電磁現象相互作用，相互推動，非常活躍。妳可以想象尼亞加拉大瀑布形成的湍急河流沖下來。”
然而，與尼亞加拉瀑布下湍急的水流不同，外太陽系的湍流是太陽風的結果。所謂太陽風，是壹種超高速帶電粒子流，或者說等離子流，不斷從太陽向外圍噴射。當太陽風到達太陽系邊緣時，會減速坍縮，與星系間流動的氣體、塵埃和宇宙射線混合，也就是“星際介質”。太陽風將因太陽活動的強度而增強或減慢。
在過去的100年裏，主要依靠射電望遠鏡和X射線望遠鏡的觀測，科學家們勾勒出了壹幅星際介質的構成圖，揭示了星際介質由極其分散的電離氫原子、宇宙塵埃和宇宙射線以及致密的星際分子雲組成。分子雲是新恒星誕生的地方。我們的太陽系是由45億年前壹個巨大的分子雲坍塌形成的。
然而，太陽系外星際介質的確切性質在很大程度上仍然是壹個謎，主要是因為整個太陽系，即太陽及其八大行星，以及壹個極其遙遠的致密盤狀區域，稱為柯伊伯帶，都包裹在太陽風形成的巨大保護泡中。這個氣球狀的氣泡被稱為日光層。
當太陽和它的許多行星在銀河系中快速移動時，太陽風形成的這個大氣泡就像壹個無形的屏障，抵禦星際介質，將大多數有害的宇宙射線和其他物質擋在太陽系之外。當旅行者2號飛離太陽系時，它測量到了宇宙射線的爆炸，太陽圈內的氣泡阻擋了宇宙射線進入太陽系，從而保護了地球上的生命。
但是太陽圈(日光層)的保命特性也使得研究這個氣泡之外的星際空間變得更加困難。即使從太陽系內部，也很難確定太陽圈的大小和形狀。
約翰霍普金斯大學應用物理實驗室博士後研究員埃琳娜·普羅沃尼科娃(Elena Provonikova)說:“這就像妳在自己家裏，想知道房子是什麽樣子。妳得去外面看壹看，才能真正判斷。了解太陽圈是什麽樣子的唯壹方法是走出太陽系，然後回頭看，從太陽圈外面拍壹張它的圖像。”
這不是壹項容易的任務。與整個星系相比，太陽系就像壹個比壹粒米還小的東西，漂浮在太平洋中間。對於人類來說，太陽圈(日光層)的外緣是如此遙遠，以至於兩個航天器“旅行者-1”和“旅行者-2”從地球起飛後花了40多年才到達這裏。
以直線路線穿過太陽系的旅行者-1於2012年首次進入星際空間，隨後旅行者-2也於2018年進入星際空間。目前，這兩艘人造飛船分別距離地球約654.38+03億英裏，距離地球約654.38+065.438+00億英裏，繼續向離太陽系更遠的外太空飛去。當它們飛離太陽系時，也不間斷地向地球發回更多數據。
已經到了不惑之年的旅行者號揭示了太陽圈和星際介質邊界的真實面目，為人類了解太陽系是如何形成的，為什麽地球上可以存在生命提供了新的線索。事實上，直到現在人類才發現，太陽系邊緣並不是壹個清晰的邊界，而是壹個活躍的混沌區，攪動著旋轉磁場、碰撞恒星風暴、高能粒子風暴和旋轉輻射。
太陽圈內氣泡的大小和形狀會隨著太陽風輸出的變化而變化，也會隨著太陽系內十字星介質的不同區域而變化。當太陽風上升或下降時，也會改變太陽圈內氣泡所受的外部壓力。
2014年，太陽活動激增，導致太陽風暴席卷行星際空間。風暴首先以每秒800公裏的速度撞擊水星和金星。兩天後，穿越654.38+0.50億公裏後，太陽風暴包圍了地球。幸運的是，地球磁場可以阻擋太陽風，保護地球生命免受太陽風的強大輻射傷害。
壹天後，這個強大的太陽風暴從火星呼嘯而來，穿過小行星帶，奔向遙遠的氣態巨行星(木星、土星和天王星)。兩個多月後，它撲向海王星，其軌道距離太陽近45億公裏。
經過6個多月的時間，這場太陽風暴終於到達了距離太陽130多億公裏的被稱為“終端沖擊波”的空間。在這裏，驅動太陽風的太陽磁場變得如此微弱，以至於星際介質的壓力與太陽風相互作用，從而減緩了風暴的速度。
到達終端激波區的太陽風暴的速度會減慢到不到之前速度的壹半，就像大西洋颶風減弱為熱帶風暴壹樣。2015年末，這場太陽風暴趕上了不規則的旅行者2號，大小相當於壹輛小汽車。旅行者2號(Voyager -2)中的傳感器由緩慢衰變的鈈電池驅動，已經工作了40多年，它很快探測到了太陽風暴，並發現太陽風等離子體體積急劇增加。
隨後，旅行者2號將數據發回地球。即使以光速傳輸，也需要18小時才能到達地球。天文學家能在遠處接收到旅行者號的信息，得益於70米高的巨大碟形衛星陣列和壹系列先進技術的應用。這些技術在航海家1977離開地球的時候是不可想象的，更不用說發明了。
當太陽風暴遇到旅行者2號時，飛船還在太陽系中。壹年多後，太陽風暴最後壹次垂死的余風趕上了旅行者-1，它早在2012年就進入了星際空間。
這兩個航天器采取不同的路線穿越太陽系，壹個在太陽系黃道平面上方30度，另壹個在黃道下方30度。2014年爆發的太陽風暴在不同時間、不同區域與兩位旅行者相遇，為研究日頂層(也譯作heliopause，即太陽風與星際介質相遇的邊界)的性質提供了有用的線索。
旅行者號傳回的數據顯示，這個被稱為太陽風層頂的湍流邊界厚達數百萬公裏，覆蓋了太陽圈(日光層)，表面積達數十億平方公裏。
太陽圈(日光層)出乎意料的大，這說明銀河系這壹部分的星際介質密度比人們想象的要低。
當太陽在銀河系的星際空間運行時，它會切割出壹條路徑，就像壹艘船在水中航行時會留下壹個“弓形波”，它的背後也會形成壹個尾流，這個尾流可能會有壹個或多個類似彗星形狀的尾巴。然而，兩個旅行者都是從太陽泡的“鼻子”起飛的，所以他們沒有提供任何關於太陽圈尾部的數據。
霍普金斯大學的研究人員普羅沃尼科娃說:“根據旅行者號的數據，太陽風層的頂部大約有壹個天文單位厚。但這不是太陽圈的真實表面。這是壹個活動復雜的領域。我們不知道那裏發生了什麽。”壹個天文單位代表地球和太陽之間的平均距離，即9300萬英裏。
在這個太陽系和星際空間的邊界區域，不僅太陽風和星際風(來自星際空間的粒子流)相互碰撞產生湍流，而且太陽風和星際介質中的粒子似乎也在交換電荷和動量。這樣壹來，壹些星際介質就會轉化為太陽風，可以增加太陽圈內氣泡的向外推力。
雖然太陽風暴可以提供有趣的數據，但令人驚訝的是，太陽風暴對太陽圈內氣泡的整體大小和形狀幾乎沒有影響。似乎圈外發生的事情對太陽圈的影響要比圈內發生的事情重要得多。太陽風不會隨著時間的增減對太陽圈內的氣泡產生明顯的影響。但是，如果太陽泡進入銀河系的某個區域，它遇到的星際風的密度會影響太陽圈的增大或減小。
此外，圍繞和保護我們太陽系的太陽泡仍然有許多未解的問題。比如這個太陽風形成的氣泡是宇宙中的特殊現象還是壹種模式？
當太陽系在銀河系的星際介質中運行時，圍繞太陽系的太陽圈內的氣泡會形成壹條長尾。普羅沃尼科娃認為，增加對太陽圈的了解將增加對人類是否是宇宙中孤獨和智慧生命的理解。她說:“對我們自己星系的研究將告訴我們其他恒星系統中的生命需要什麽條件。”
這很大程度上是因為太陽風阻止了星際介質進入太陽系，也阻止了威脅地球生命的深空輻射和致命高能粒子(如宇宙射線)的撞擊。宇宙射線是來自深空、接近光速的帶電高能亞原子粒子。當恒星爆炸、星系坍縮成黑洞以及其他災難性的宇宙事件發生時，就會產生宇宙射線。太陽系外的星際空間充滿了高速的亞原子粒子，會對壹個沒有防護的星球造成致命的輻射傷害。
普林斯頓大學太陽物理學研究員傑米·蘭金(Jamie Rankin)是第壹位根據旅行者號收集的星際數據撰寫博士論文的科學家，他說:“旅行者號的數據清楚地告訴我們，90%的宇宙輻射被太陽過濾掉了。如果沒有太陽風的保護，我不知道我們人類能不能活下來。”
在此期間，還有另外三艘美國國家航空航天局飛船即將進入星際空間，分別是“先驅者10”、“先驅者11”(先驅者11)和“新視野”號。在太陽圈的巨大邊界上，這些微小的探測器只能提供極其有限的信息。幸運的是，在離地球更近的太空中可以進行更廣泛的觀測。
2008年，美國國家航空航天局發射了壹顆圍繞地球運行的微型衛星“星際邊界探測器”(Ibex)，以繪制太陽圈和星際空間之間的邊界。Ibex探測到壹條被稱為“高能中性原子”的粒子帶從星際邊界噴射出來。
蘭金說:“妳可以把Ibex制圖想象成某種測量恒星表觀速度的多普勒雷達，而旅行者就像壹個地面氣象站。”她利用航海家號、Ibex和相關領域的數據分析了較小規模的太陽風暴。
Rankin正在根據2014年的太陽風暴數據寫論文。有證據表明，當旅行者-1穿越太陽圈邊界時，太陽圈正在收縮。但是當旅行者2號穿越邊界時，太陽圈正在擴大。“這是壹個非常動態的界限。令人驚訝的是，Ibex的3D地圖捕捉到了這壹發現，這讓我們可以跟蹤航海家號在事件發生時在現場的反應。”
Ibex還觀察到太陽圈的邊界有多活躍。第壹年，Ibex發現了壹條巨大的高能中性原子帶，蜿蜒穿過太陽圈的邊界。這個中性原子帶會隨著時間而變化，有些特征會在短短六個月內出現和消失。這壹帶位於太陽平流層的前端，在這裏太陽風粒子會被銀河磁場從太陽球邊緣反射回太陽系。
隨著人類航天技術的不斷進步，雖然未來會有越來越多的先進航天器探索宇宙深處，但航海家號偉大的長征故事還很長，不會結束。這兩艘人類飛船雖然已經離開了太陽圈(日光層)，但仍在太陽的勢力範圍內。即使在這個離太陽非常遠的邊緣地帶，妳仍然可以用肉眼看到太陽的光芒，認出太陽。而且太陽的引力遠在太陽圈之外，可以容納被稱為奧爾特雲(Oort Cloud)的雲狀天體，這是壹種由冰、塵埃和空間碎片組成的非常稀疏而巨大的球形雲。
奧爾特雲中的物質雖然漂浮在遙遠的星際空間，但仍然圍繞太陽運動。壹些經過太陽系的彗星來自奧爾特雲，但是人類發射探測飛船去奧爾特雲太遠了，3000億到1.5萬億公裏遠。旅行者-1於2012年進入星際空間，離開太陽100天文單位，但要飛到巨大的奧爾特雲還需要300年。
這些極其遙遠的天體自太陽系形成以來基本保持不變，它們可能掌握著行星如何形成以及宇宙中為何能出現生命的密碼。隨著每壹波新數據的出現，新的解決方案也隨之出現。
可能有壹層氫覆蓋了部分或全部太陽圈，它對太陽圈的影響還沒有被破譯。此外，太陽圈似乎正在穿過銀河系中的壹個星際雲團，這個星際雲團由古代宇宙事件遺留下來的粒子和塵埃組成，也就是天文學上所謂的局部星際雲團。這個星際雲團如何影響太陽圈的邊界以及生活在其中的地球生物，還有待研究。
這個星際雲團可以改變太陽圈的大小和形狀。它可能有不同的溫度，不同的磁場，不同的離子發生器和所有這些不同的參數。這是非常令人興奮的，因為這是壹個未知的領域，人類對太陽和我們自己的星系(銀河系)之間的相互作用仍然知之甚少。
最後，值得壹提的是，旅行者1和旅行者2都攜帶了壹張鍍金的銅盤唱片，裏面有來自地球的圖片和聲音。封面上有符號和圖表解釋如何操作這個記錄，並詳細標明地球的位置。
旅行者號唱片的問候語是:“地球上的孩子們向妳問好”。時任美國總統的吉米·卡特代表人類說:“這是來自壹個遙遠的小世界的禮物。它記錄了我們的聲音，我們的科學，我們的圖像，我們的音樂，我們的思想和感情。我們正努力過我們的時代，進入妳們的時代。”
這些信息被組合成壹個時間膠囊，任何獲得這個黃金記錄的星際文明、外星人，甚至未來人類，都可以還原“旅行者”計劃的信息。
問題是，根據《三體》中宇宙的“黑暗森林”定律，如果把地球坐標暴露給掌握了高級文明的外星人，人類會遭遇災難嗎？
但無論如何,“旅行者”號，這兩艘汽車大小的宇宙飛船，通過金屬螺栓與壹個小型拋物面天線相連，將作為人類有朝壹日沖出太陽系的先驅，勇敢地闖入前方壯麗而陌生的未知星海。在人類探索無限空間的漫漫征途上，他們就像“艦隊裏滿載著帶燈的使者，向黑暗的細節靠近”...