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2012年8月25日，旅行者1号成为第一艘离开太阳系的人类飞船。

飞向银河系星海的旅行者1号飞船

来源：NASA

在2012年8月25日，在太空飞行35年之后，“旅行者1号”探测器正式成为人类首个离开太阳系，进入恒星际空间的探测器，彼时，这艘飞船距离太阳180多亿公里。

加州理工学院教授，从1972年起就担任“旅行者”计划项目科学家的爱德华·斯通（Ed Stone）就此评价道：“这是人类迈向星际旅行的一次重大飞跃。我们现在已经可以回答一个重要的问题，那就是：我们出去了吗？答案是：是的，我们出去了。”

旅行者1号搭载的存储器“飞行数据系统”（FDS），你的手机内存比它强劲数十万倍

来源：NASA

银河系全景图，一个典型的棒旋星系

来源：NASA

按照今天的标准来看，1977年升空的“旅行者”飞船采用的技术简直可说是简陋不堪，比如它搭载的计算机的内存大小，大概只有你用的手机的20万分之一。最开始的时候，科学家们只期待它能够工作满4年就心满意足，可是，它一直工作到了现在，并且仍在继续向前飞行。

如果从历史的眼光来看，这一事件在某种程度上是可以和阿波罗登月相提并论的。因为即便是专业的天文学家，也很难相信我们能够真的做到这一点。无数人曾经用肉眼，或是透过望远镜观察过银河系，但没有人敢去想象，一艘由我们人类制造的探测器，能够真的冲出太阳系的禁锢，抵达太阳系之外的那片寒冷而未知的区域。2012年时，旅行者1号飞船的信号以光速发出到抵达地球，单程需要超过17个小时。这是什么概念？做一下对比，信号从太阳到地球，大约需要8分钟，而2015年飞越冥王星的新视野号探测器，从冥王星发回信号到地球，单程大约需要5小时左右。

1979年，抵达木星

来源：NASA

1980/1981年，两艘飞船先后抵达土星

来源：NASA

这艘孤独的小小飞船目前正在以每小时超过6万公里的速度继续向前飞行，日行接近150万公里，可以绕地球赤道30多圈。这一速度已经超过第三宇宙速度，这意味着太阳引力将无法束缚它，这艘飞船将不会再返回太阳系，而是将永远地离开，朝向其他恒星系统飞行。

从1977年升空之后，两艘旅行者飞船先后对木星，土星，天王星和海王星进行了探测。1990年开始，旅行者飞船开始了被称作“旅行者恒星际探测计划”（Voyager Interstellar mission）的任务期，探索从未有人踏足的深邃空间。

1986年，旅行者2号抵达天王星，这是迄今唯一一次对这颗星球的考察

来源：NASA

1989年，旅行者2号抵达海王星，又是唯一一次考察

来源：NASA

太阳每时每刻都在向外释放强大的带电粒子流，我们称之为太阳风（solar wind），与此同时，宇宙中也充满着高能带电的粒子，也就是宇宙射线（cosmic ray）。太阳发出的这股强烈的粒子流会向四面八方扩散，在宇宙高能粒子的“汪洋大海”中支撑起一个气泡般的小小空间，这个“气泡”限定的范围，被称作“日球层”。

在这个“气泡”之内，是太阳粒子统治的区域，而在这个气泡之外，则是来自遥远的巨型恒星爆发释放的大量高能粒子，它们携带着银河系的磁场信息；这样的情景，我们可以从观察其他恒星周围的区域得到一个比较直观的印象。

哈勃望远镜拍摄的猎户座星云中一颗恒星周围的“气泡”（日球层），这颗恒星释放的强烈星风“吹”出了这样一个“泡泡”，我们的太阳周围，也是如此

来源：NASA

远处观察太阳周围的模拟图。图中间的深蓝色区域时太阳风“吹”出的“泡泡”（日球层），我们都在其中，那里的太阳风粒子运动速度是超音速的，可以看到，有一艘小飞船已经冲出了保护区，这就是旅行者1号飞船

来源：NASA

旅行者1号最开始检测到太阳风开始发生异常是在2004年，正常情况下，太阳风粒子的运动速度是超音速的，但在2004年，旅行者1号突然注意到其周围的太阳风粒子速度下降到了亚音速。科学家们意识到飞船已经进入了一个全新的区域，此时飞船距离太阳大约144亿公里。此后，他们开始加紧搜寻相关证据，以判断这艘飞船何时会离开太阳风的控制区域。

2004年之后，旅行者1号飞船又飞行了8年，飞行超过50亿公里，终于再次出现信号的变化，此时是2012年8月份。

但在2012年时，科学家们还无法完全确定这一点。这是因为这个边界其实是两种等离子体的边界，一边是太阳等离子体，另一边是恒星际等离子体，但不幸的是，旅行者1号飞船上的等离子体探测器早在1980年代就已经停止工作了，因此科学家们无法对这两种等离子体进行直接测量以得到。怎么办呢？科学家们想到了一种曲线救国的方法：那就是研究这两种等离子体所携带的磁场信息。太阳风粒子携带的磁场信息，以及恒星际粒子所携带的磁场方向应该是不同的。因此当旅行者1号穿越这个边界时，它尚在运作的磁强计应该可以检测到磁场方向的变化。

请注意，带电粒子密度会随着离太阳越来越远而出现缓慢下降，因此在太阳系边缘地带，恒星际空间的粒子浓度（蓝色）反而要高于太阳系内侧（红色）

来源：NASA

可以看到，当飞船跨越太阳系边界时，粒子浓度会出现一次显著的上升

来源：NASA

但结果出人意料： 磁强计的数据并未显示方向变化，仅仅是强度发生了些许改变。因此，当时科学家们一下子无法判断飞船究竟有没有进入一片新的区域。

但是好在，除了磁场计之外，旅行者1号上还有两根10米长的天线，属于等离子体波测量设备的一部分。这台设备为科学家们提供了另一种测量途径，但前提是飞船周围的等离子体介质中存在波动。

理论研究显示，恒星际等离子体的密度要远远高于太阳系内等离子体的密度，而和这些等离子体发生的波动特征与其密度特性之间存在直接相关性，因此，如果能够对这种波动的特征进行测量，那么就可以反推出等离子体的密度，透过这一密度值的大小，就可以判断此刻的飞船究竟处于太阳系内，还是外。

抵达太阳系之外的旅行者1号，heliopause是“日球层顶”，也就是太阳“吹”出“泡泡”的边界

来源：NASA

一次日冕物质抛射事件（CME），可以看到大量带电粒子流被释放出去

来源：NASA

只是，上一次检测到等离子体波信号是在2004年，此后就一直没有这样的机会。但皇天不负有心人。2012年3月，太阳上发生了一次剧烈的日冕物质抛射（CME）事件，大量高速带电粒子流刚好朝向旅行者1号的飞行方向而去。

大约400天后，2013年4月份，这股“粒子海啸”终于赶上了旅行者1号飞船，并引发飞船周围的等离子体出现波动和震荡。透过对这种波动的测量，科学家们可以反推出这里的电子密度，计算显示此时旅行者1号周围环境中的电子密度大约是每立方厘米0.08个电子。这一数据比太阳系内部边缘地带的理论值（每立方厘米0.002个电子）高出40倍，而与恒星际空间粒子密度的推算值（每立方厘米0.10个电子）相吻合。据此，他们意识到，旅行者1号已经进入了恒星际空间。

这里可能会有读者感到困惑。的确，很多人会直觉地认为恒星际空间是更加“空旷”的。事实也的确如此，恒星际空间的粒子密度要小于地球附近，但随着逐渐远离太阳，来自太阳的粒子密度会下降。因此，在太阳系的遥远的边界地带，太阳系内部一侧的粒子密度反而要小于外部的恒星际空间一侧。

飞向太阳系之外的旅行者1号飞船

来源：NASA

“暗淡蓝点”，旅行者1号在1990年，完成对海王星的考察之后，在海王星轨道之外回过头来拍摄的地球：一颗小小的，微不足道的尘埃

来源：NASA

离开太阳系，究竟是哪一天？

到此刻，我们可以确定的是，到2013年4月份时，旅行者1号飞船已经位于恒星际空间了。但研究组想要弄清楚，旅行者1号飞船进入恒星际空间多长时间了？而要想弄清楚这一点，他们必须对更老的数据进行再次梳理。

很快，他们注意到在2012年10月~11月间长达1个月左右的电子震荡数据，计算显示其对应的密度是大约每立方厘米0.006个电子。利用这些数字，再结合旅行者1号的飞行速度（大约每年飞行5.2亿公里），研究组推算认为，旅行者1号飞船可能早在2012年8月份便已经离开了太阳系。

注意观察，2012年8月底，旅行者1号飞船记录到太阳风粒子数量出现重大下降（上半部分红色），与此同时，宇宙射线（下半部分蓝色）出现上升

来源：NASA

加上最新的新视野号飞船，人类有5艘飞船正朝着太阳系之外飞行，其中旅行者1号是第一艘确认取得突破的飞船

来源：wiki

这一推算结果与旅行者1号得到的其他重要观测结果有很好的匹配度。在2012年8月25日这一天，旅行者1号报告自己记录到太阳风粒子数量出现1000倍的下降，同时高能银河射线粒子的数量出现大约9%的升高，后者的来源位于太阳系之外。

根据这些数据，“旅行者”计划的项目科学家们认为，旅行者1号飞船是在2012年8月25日这一天穿越了标志着太阳系与恒星际空间分界线的日球层顶区域。

在那一时刻，旅行者1号距离太阳大约181.1亿公里，大致相当于日地平均距离的121倍。而此刻，这艘飞船距离太阳已经超过214亿公里，是迄今飞行最远的人类飞船。而相比之下，沿着不同方向飞行的它的姊妹飞船旅行者2号目前距离太阳大约177亿公里，尚未抵达日球层边界。

磁场之谜

请注意观察：左图，科学家们认为，银河系磁场方向和太阳磁场方向应该存在差异，因此可以作为飞船是否进入恒星际空间的参考指标之一；右图，最上方为磁场强度，可以看到些许上升，下方两幅图是磁场方向，可以发现几乎没有变化，这一点出乎意料

来源：NASA

天文学家们很早之前就已经提出了三条准则，用来判断飞船是否已经进入了恒星际空间：太阳粒子数量的重大下降；银河宇宙射线粒子数量提升；以及磁场方向的转变。

旅行者1号的确检测到了前两种变化，但是却没有观察到第三种变化：磁场的强度提高了，但是方向却没有发生变化。

这一情况让NASA科学家们在这个问题上格外谨慎。这一点还是很容易看出来的，比如NASA并没有特别高调地宣扬旅行者1号飞船已经离开太阳系的消息，尽管很多论文，以及主流的研究人员都同意这一点。但磁场方向没有发生意料之中的变化这一点，仍然让人感到困惑不解。

这就是太阳系的模样：由太阳风粒子保护着的一颗小小“气泡”

来源：NASA

不过好在，粒子密度的重要性要大过磁场，磁场的测量很多时候都是作为电子密度检测的间接手段使用的。就像太阳风携带有太阳磁场的信息，而星际风也携带有银河系的磁场信息。因此，可以相当肯定的认为，既然我们已经检测到飞船已经身处太阳系之外粒子的包围之中，当然就可以断定飞船已经位于太阳系之外。当然，科学家们还需要进一步的研究，以便弄清楚为何旅行者1号飞船没有检测到预料之中的磁场方向变化。

不管如何，这是人类首个确认离开太阳系，进入恒星际空间的探测器，这是航天史上的大事件，里程碑。其次，虽然科学家们从理论上知道标志着太阳风边界的日球层的存在，但这个“气泡”究竟有多大？大家心里都没底。而随着旅行者1号离开日球层，终于让科学家们得以确认了这个气泡在这一特定方向上的大小。

飞向未来

旅行者项目团队合影（1972年），前排左二为爱德华·斯通

来源：NASA

2013年，旅行者项目团队合影，前排右三为爱德华·斯通

来源：NASA

在过去的36年里，两艘旅行者飞船已经为我们提供了大量有关外太阳系行星和卫星，以及太阳系边缘地带的数据和新知。

而随着2012年旅行者1号飞船冲出太阳系，进入恒星际空间，未来还将取得更多的新发现。尽管采用了1970年代的陈旧技术，旅行者1号飞船的内存仅有68K左右，发射器功率也仅有22瓦，信号到达地球时，其强度大概仅有100亿亿分之一瓦，并且每天都在继续衰减。

尽管采用了不依赖太阳能的放射性同位素衰变产热供电，但40多年来，随着放射性燃料逐渐消耗，旅行者1号飞船的电力供应正在以每年大约4瓦的速度衰减，按照目前的情况，可以支撑到大约2020年，在那之后，科学家们就将被迫逐一关闭现在还在工作的各种探测设备以最大限度节省电力，预计可以让飞船坚持到2025年左右，届时，这艘飞船已经在太空中飞行了将近半个世纪了。

2013年2月份，地面大型射电望远镜阵列拍摄的旅行者1号飞船

来源：NASA

“旅行者金唱片”

来源：NASA

圈中恒星就是AC +79 3888，一颗距离地球17.6光年外的小质量恒星，位于鹿豹座。4万年后，旅行者1号飞船将抵达这里

来源：NASA

这艘飞船上携带着关于地球的“金唱片”，其中有图片，有声音，还有各种语言的问候语，它携带着关于“我们”这个世界的信息。它会飞向哪里？

答案是AC +79 3888，一颗距离地球17.6光年外的小质量恒星。大约4万年之后，早已陷入深度休眠状态的旅行者1号飞船将从距离这颗恒星大约1.6光年的位置上飞过。

那里，会有外星人截获这艘小小的人类飞船吗？

PS：

最近老严一直在出差，行程太紧张，更新严重滞后了。接下来我会在更新当天内容的同时，逐渐补发漏掉的内容。一天都不会少的。

由于是一人写作，稍有一些事情就会出现干扰和耽误，如果更新不及时，或者某一天写的特别短，特别兔子尾巴，那一定是老严实在分不开身，或者时间不足。望各位见谅。也欢迎留言或者私信与老严交流。或许偶尔回复会不那么及时，但一定会回复的。

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