太阳系外的奇怪空间

星际空间神秘的黑暗真空最终被两个无畏的宇宙飞船所揭示，它们已成为第一个离开太阳系的人造物体。

为了纪念动荡的一年的结束，我们为BBC Future的“ 2020年最佳”系列带来了一些我们最喜欢的故事。在这里发现更多精选。

远离太阳的保护性包围，我们太阳系的边缘似乎是一个寒冷，空旷和黑暗的地方。我们与最近的恒星之间的打呵欠空间长期以来一直被认为是可怕的广阔的虚无。

直到最近，人类还是遥遥望入的地方。天文学家仅仅注意到它，而宁愿将望远镜聚焦在我们邻近的恒星，星系和星云的发光质量上。

但是在过去的几年中，有两架航天飞机是在1970年代建造和发射的，它们从这个我们称为星际空间的陌生区域回荡了我们的第一眼。作为第一个离开我们太阳系的人造物体，它们正在冒险进入距离家数十亿英里的未知领域。到目前为止，没有其他航天器飞行过。

他们发现，我们的太阳系之外还存在着一个看不见的混乱起泡活动区域。

新西兰坎特伯雷大学天文学家米歇尔·班尼斯特（Michele Bannister）说：“当您观察电磁波谱的不同部分时，该空间区域与我们用眼睛看到的黑色截然不同。”到达太阳系。磁场在相互斗争，相互推动，相互捆绑。您应该拥有的图像就像尼亚加拉大瀑布下的跳水池。”

然而，湍流不是使水翻滚，而是太阳风的结果-太阳不断向气体的各个方向喷溅出恒定，强大的带电粒子流或等离子流，从太阳的各个方向喷涌而出-撞击成气体，灰尘和在恒星系统之间吹动的宇宙射线，被称为“星际介质”。

在过去的一个世纪中，科学家一直在研究星际介质的构成，这很大程度上要归功于用射电和X射线望远镜进行的观测。他们发现，它由极度弥散的电离氢原子，尘埃和宇宙射线组成，并散布着浓密的气体分子云，这些气体被认为是新星的诞生地。

但是它在我们太阳系外的确切性质在很大程度上一直是个谜，主要是因为太阳，所有八个行星和一个遥远的称为柯伊伯带的碎片都被包含在由太阳风形成的巨大保护气泡中，该气泡被称为作为太阳系。当太阳及其周围的行星在星系中飞驰时，气泡像无形的盾牌一样撞击星际介质，阻止了大多数有害的宇宙射线和其他物质。

但是它的救生特性也使得研究泡沫之外的东西变得更加困难。从内部甚至确定其大小和形状也是困难的。

“就像您在家里一样，您想知道它的外观。您必须走出去看看真相，”约翰霍普金斯大学应用物理实验室的博士后研究员Elena Provornikova说。 “获得想法的唯一方法是远离太阳，回头看，并从日光层之外拍摄图像。”

这不是简单的任务。与整个银河系相比，我们的太阳系看上去比太平洋中部漂浮的一粒米还小。然而，日球层的外缘仍然如此遥远，以至旅行者1号和旅行者2号航天器从地球上飞过要花40多年的时间。

旅行者1号在太阳系中采取了更为直接的路线，于2012年旅行者2号进入太空之前，于2012年进入星际空间。目前，它们分别距地球约130亿英里和110亿英里，它们正在向更远处漂移。进入太阳系以外的空间，并像往常一样发送回更多数据。 （详细了解旅行者号，这是有史以来最伟大的太空任务。）

这两个老化的探测器揭示了有关日球层和星际介质之间边界的内容，这为我们的太阳系如何形成以及地球上甚至有生命的可能性提供了新的线索。我们的太阳系的边缘远不是一个明显的边界，它实际上是在旋转的磁场，强烈的恒星风暴，高能粒子风暴和涡旋辐射的搅动中搅动的。

随着太阳输出的变化以及我们穿过星际介质的不同区域，日光层气泡的大小和形状也会发生变化。当太阳风上升或下降时，它将改变气泡上的向外压力。

2014年，太阳的活动激增，导致太阳风飓风席卷到太空。爆炸以每秒近800公里（每秒497英里）的速度迅速冲过水星和金星。经过两天1.5亿公里（9320万英里），它包围了地球。幸运的是，我们星球的磁场使我们免受了强大的破坏性辐射。

一天后，阵风吹过火星，并通过小行星带一直向遥远的天然气巨头-木星，土星，天王星和两个多月后的海王星运行，它们绕太阳旋转了近45亿公里（28亿英里）。

经过六个多月，风终于到达了离太阳超过130亿公里（81亿英里）的地方，这就是所谓的“终止冲击”。在这里，推动太阳风的太阳磁场变得足够弱，以至于星际介质无法对其进行推动。

太阳风从终止震荡中散发出来，其传播速度不到以前的一半-飓风降级为热带风暴。然后在2015年下半年，它取代了不规则形状的Voyager 2，其大小仅相当于一辆小型汽车。等离子激增是由Voyager具有40年历史的传感技术检测到的，该传感技术由缓慢衰减的p电池供电。

探测器将数据回射到地球，即使以光速，也要花费18个小时才能到达我们。天文学家只能获得旅行者号的信息，这要归功于大量的70米卫星天线和先进的技术，而当探测器于1977年离开地球时，这是没有想到的，更不用说发明了。

太阳风潮到达旅行者2号，而当时旅行者2号仍在我们的太阳系内。一年多一点之后，垂死的风的最后喘息声到达了旅行者1号，旅行者1号于2012年越过星际空间。

两种探测器采用的不同路径意味着一个探测器位于太阳平面上方约30度，而另一个探测器位于太阳平面以下。太阳风在不同的时间在不同区域到达它们，这提供了有关更年期的性质的有用线索。

数据显示，湍流边界厚达数百万公里。它覆盖了整个日光层表面数十亿平方公里的区域。

太阳系的空间也出乎意料地大，这表明星系这一部分的星际介质密度比人们想象的要小。太阳像穿过水面的小船一样在星际空间中切开一条路径，形成“弓形波”并在其后伸展出一道叫醒声，其尾巴的形状可能类似于彗星。旅行者两人都是通过太阳圈的“鼻子”离开的，因此没有提供有关尾巴的信息。

“旅行者号的估计是，更年期约为一个天文单位厚度（9300万英里，这是地球与太阳之间的平均距离），” Provornikova说。 “这实际上不是表面。这是一个过程复杂的地区。而且我们不知道发生了什么。”

太阳风和星际风不仅在边界区域造成了一场激烈的拔河比赛，而且粒子似乎交换了电荷和动量。结果，星际介质的一部分变成了太阳风，实际上增加了气泡的向外推动。

尽管太阳风潮可以提供有趣的数据，但似乎对气泡的整体大小和形状影响很小。看来，在日光层以外发生的事情比在内部发生的事情重要得多。太阳风会随着时间的流逝而蜡化或消失，而不会显着影响气泡。但是，如果该气泡进入星际风较浓或较不浓的星系区域，则它将缩小或增大。

但是，许多问题仍然没有答案，包括围绕我们的保护性太阳风泡沫到底有多典型的问题。

普罗沃尼科娃（Provornikova）说，更多地了解我们自己的太阳系可以告诉我们更多我们是否独自一人在宇宙中。

她说：“我们在自己的系统中研究的内容将告诉我们其他恒星系统中生命发展的条件。”

这主要是因为通过阻止星际介质进入太空，太阳风还阻止了来自深空的辐射和致命的高能粒子（如宇宙射线）的致命轰炸。宇宙射线是质子和原子核，它们以接近光速的速度流经太空。它们可以在恒星爆炸，星系坍塌成黑洞以及其他灾难性宇宙事件时产生。太阳系外的区域厚厚，不断喷洒着这些高速亚原子粒子，这些粒子足以强大到足以在庇护较少的星球上造成致命的辐射中毒。

普林斯顿大学（Princeton University）的太阳物理学研究员杰米·兰金（Jamie Rankin）也是第一位根据旅行者的星际数据撰写博士学位论文的人，他说：“旅行者明确地说，其中90％的辐射被太阳过滤掉了。” “如果没有太阳风保护我们，我不知道我们是否还活着。”

另外三架美国国家航空航天局（Nasa）探测器将很快在星际空间加入旅行者号，尽管其中两架已经断电并停止返回数据。巨大边界中的这几个细小针刺只能提供有限的信息。幸运的是，可以在离家较近的地方进行更广泛的观察。

美国国家航空航天局（Nasa）的国际边界探测器（Ibex）是一颗微小的卫星，自2008年以来一直绕地球运行，它探测到穿过星际边界的称为“高能中性原子”的粒子。 Ibex创建围绕日光层边缘发生的相互作用的三维图。

兰金说：“您可以将Ibex地图视为'多普勒雷达'，而将Voyagers视为地面气象站。”她利用Voyagers，Ibex和其他来源的数据分析了太阳风中较小的浪涌，目前正在根据2014年开始的更大爆炸进行研究。已经有证据表明，当旅行者1号越过边界，但是当旅行者2号越过时再次扩展。

她说：“这是一个充满活力的界限。” “这一发现被Ibex的3D地图捕获了，这非常令人惊讶，这使我们能够同时跟踪旅行者的本地反应。”

Ibex揭示了边界的动态性。在它成立的第一年，它发现了一条巨大的高能原子带，它们沿着边界蜿蜒而行，随着时间的推移而变化，特征出现和消失的时间只有六个月。色带变成了太阳圈鼻子的一个区域，太阳风粒子从银河磁场中反弹出来，并反射回太阳系。

但是，航海家的故事却有所不同。尽管它们已经离开了太阳圈，但它们仍然处于我们太阳的许多其他影响范围之内。例如，肉眼从其他恒星可以看到太阳的光。我们的恒星的引力也远远超出了日球层，将冰，尘埃和空间碎片的遥远稀疏球体固定在原处，即奥尔特云。

尽管在星际空间中漂浮得很远，但奥尔特物体仍然绕着太阳公转。尽管有些彗星的轨道一直延伸到奥尔特云，但一般认为186-930亿英里（300-1500亿公里）的区域距离我们太远，无法发送自己的探测器。

自太阳系开始以来，这些遥远的物体几乎没有改变，它们可能是一切事物的关键，从行星的形成到宇宙有可能出现的可能性。随着每一波新数据的涌现，也出现了新的谜团和问题。

普罗沃尼科娃（Provornikova）说，可能覆盖了部分或全部日球层的氢层，其影响尚未得到解码。此外，日光层似乎正在抚养着星际云团，这些星云团是由古代宇宙事件遗留下来的，这些粒子和尘埃对边界以及对生活在其中的人们的影响尚未预料到。

Provornikova说：“它可以改变日光层的尺寸，也可以改变形状。”它可能具有不同的温度，不同的磁场，不同的电离性以及所有这些不同的参数。这非常令人兴奋，因为它是一个拥有许多发现的领域，而且我们对恒星与当地银河系之间的相互作用了解得很少。”

无论发生什么情况，用螺栓固定在小型抛物面皿上的两种汽车大小的金属（无畏的旅行者号探测器）将成为我们太阳系的先锋队，随着我们在太空中耕作的过程，揭示了这个陌生而未知领域的更多信息。

通过在Facebook上赞我们来加入一百万未来粉丝，或者在Twitter或Instagram上关注我们。

如果您喜欢这个故事，请注册bbc.com每周新闻简讯，称为``基本清单''。从每个BBC未来，文化，工作生活和旅行中挑选的故事精选到每个星期五。