繪制航天器超越太陽影響范圍的最佳路線

日光層由太陽風、太陽瞬變和行星際磁場組成，充當太陽系的個人盾牌，保護行星免受銀河宇宙射線的傷害。這些能量極高的粒子從超新星等事件中向外加速，如果日光層不吸收它們，就會造成巨大的破壞。

目前，科學界無法就這一受保護空間的邊界或輪廓達成共識，他們正在探索超越太陽影響范圍的星際探測器的任務(wù)概念，以回答這些問題。

密歇根大學領(lǐng)導的一項研究發(fā)表在《天文學和空間科學前沿》上，提出了最大限度地進行科學測量的建議，以便從外部更好地了解我們在日光層中的家園的大小和形狀。

“如果沒有這樣的使命，我們就像金魚試圖從內(nèi)部了解魚缸，”該研究的第一作者、密歇根大學博士后研究員莎拉·A·斯皮策(SarahA.Spitzer)說。

波士頓大學研究科學家馬克·科恩布魯斯(MarcKornbleuth)表示：“我們想知道日光層如何保護宇航員和生命免受有害的銀河輻射，但當我們甚至不知道防護罩的形狀時，這很難做到。”和該研究的共同作者。

根據(jù)這項研究，最好的退出路線是通過日光層尾端的側(cè)面。

日光層與當?shù)匦请H介質(zhì)(一種由等離子體、塵埃和中性粒子組成的物質(zhì)，填充在天球?qū)又g的空間)的相互作用形成了日光層的形狀，并影響太陽系內(nèi)(包括近地)空間環(huán)境的組成。目前，模型預(yù)測日光層可能形成球形、拉伸形和新月形等形狀。

如果沒有在日光層之外進行額外的測量，就無法最終確定日光層的形狀。

斯皮策說：“未來的星際探測器任務(wù)將是我們第一次有機會從外部真正看到我們的日光層、我們的家園，并更好地了解它在當?shù)匦请H介質(zhì)中的位置。”

迄今為止，航海家一號和二號航天器是唯一可能離開日光層的任務(wù)?，F(xiàn)在，距離1977年發(fā)射已經(jīng)過去了46年，該航天器已經(jīng)遠遠超出了其預(yù)期的任務(wù)壽命，并且無法再提供增進我們對日光層邊界的了解所必需的完整等離子體測量。

未來的星際探測器任務(wù)旨在超越日光層，從當?shù)匦请H介質(zhì)中收集樣本。2021年的任務(wù)概念報告涉及1000多名科學家的合作，討論了有效載荷、運載火箭和各種軌道的技術(shù)方面。然而，本報告假設(shè)探測器軌跡與日尾機頭或太陽定向運動前部成45度角附近是最佳的。

為了挑戰(zhàn)這一假設(shè)，研究小組分析了從頭到尾方向的六種可能的星際探測器軌跡的科學價值。研究人員得出結(jié)論，朝尾部方向與日光層側(cè)面相交的軌跡將提供了解日光層形狀的最佳視角，并最大限度地提高科學產(chǎn)出。

“如果你想知道你的房子向后延伸多遠，走出前門并在前面的人行道上拍照可能不是你的最佳選擇。最好的方法是走出側(cè)門，這樣你就可以看到有多遠它是從前到后，”科恩布魯斯說。

此外，模型表明星際等離子體可以通過尾部直接注入日光層，從而提供了在日光層內(nèi)外采樣星際等離子體的機會。為了更好地了解日光層與星際介質(zhì)的相互作用，研究人員還建議在未來的日光層遠緣任務(wù)中收集科學測量數(shù)據(jù)。

密歇根大學氣候與空間科學與工程教授、該研究的最后一位作者蘇珊·萊普里(SusanLepri)表示：“這項分析需要很大的毅力。它從小規(guī)模開始，后來發(fā)展成為社區(qū)的寶貴資源。”

在46年的旅程中，航海者號宇宙飛船已遠離地球約163個天文單位(152億英里)。展望未來，未來的星際探測器將設(shè)計執(zhí)行為期50年的任務(wù)，旨在旅行約400個天文單位，甚至可能持續(xù)約1,000個天文單位，為我們的日光層和更遠的星際介質(zhì)提供前所未有的視野。

標簽：