聆听NASA旅行者号捕获的星际空间的怪异声音

插图描绘的是美国国家航空航天局的双旅行者号航天器之一。 旅行者全部进入星际空间，或进入我们日球层以外的空间。 图片来源：NASA / JPL-Caltech

当NASA的旅行者1号探索星际空间时，对其强度的测量会产生波浪

在充满星际空间的散乱原子组中，旅行者1号测量了一系列长效波，因为它以前仅能检测到零星的爆炸。

直到最近，历史上的每个航天器都在我们的日球层（太阳膨胀的磁泡）中进行了所有测量。 但是在2012年8月25日， 美国宇航局旅行者1改变了这一点。 当它越过日光层的边界时，它成为第一个进入并测量星际空间的人造物体。 进入星际旅行已经八年了，仔细聆听旅行者1号的数据已经激发了人们对这些边界可能是什么样子的新见解。

如果说我们的日球层是在星际水域航行的船，那么旅行者1号就是一艘刚从甲板上掉下来的救生筏，用于扫描海流。 现在，您感觉到的任何粗糙水都主要来自日光层。 但是除此之外，您会感觉到这些运动来自宇宙深处的来源。 最终，我们的日球层将完全消失。

20218年10月的这张图显示了旅行者1和旅行者2探测器相对于日球层的位置，日冕是太阳产生的保护性气泡，其延伸超出了冥王星的轨道。 旅行者1号在2012年越过了日圆层或日圆层的边缘。旅行者2号仍在日圆层或日圆层的外部。 （美国国家航空航天局（NASA）机构 Voyager 2飞船于2018年11月进入星际空间学分：NASA / JPL-Caltech

“可以说，旅行者号开始在恒星之间看到更多纯净水需要多远的想法，”斯特拉·奥克（Stella Ocker）博士说。 纽约州伊萨卡市康奈尔大学的一名学生，旅行者团队的最新成员。 “但是我们不确定何时到达这一点。”

新的OCR研究报告于星期一在 自然天文学，显示星际空间中物质密度的首次连续测量。 奥克说：“这一发现为我们提供了一种测量星际空间密度的新方法，并为我们探索非常紧密的星际介质的结构开辟了一条新途径。”

NASA的旅行者1号太空船捕获了星际空间的声音。 旅行者1 等离子体 从2012年10月至2012年11月以及从2013年4月至2013年5月，该波形仪检测到密集的星际等离子体或电离气体的振动。喷气推进实验室-加州理工学院

当一个人为星际物体拍照时，天文学家称之为“星际介质”，一种弥漫着粒子和辐射的浓汤，人们可能会重新想象一个平静，安静而平静的环境。 那将是一个错误。

康奈尔大学空间物理学家吉姆·科德斯（Jim Cordes）说：“我用的是“安静的星际媒介”一词，但您会发现很多并不特别安静的地方。

像海洋一样​​，星际介质充满了湍流。 其中最大的一个来自我们银河系的旋转，这是因为太空本身会在数十光年内涂抹并显示出涟漪。 超新星爆炸产生的较小波浪（尽管仍是巨大的）爆炸，从顶峰延伸到顶峰数十亿英里。 通常来说，太阳耀斑通常是太阳发出的最小的涟漪，它会发出冲击波通过太空，穿透太空层。

这些撞击波揭示了星际介质密度的线索-这个值影响我们对日球层的形状，恒星如何形成，甚至我们在银河系中的位置的理解。 当这些波在太空中反弹时，它们会振动周围的电子，这些电子会以不同的频率振铃，具体取决于它们堆叠在一起的数量。 该共振的音调越高，电子密度越高。 Voyager 1等离子波子系统-包括两个在太空飞船后方30英尺（10米）处伸出的“兔子耳朵”天线-旨在聆听这种共振。

美国国家航空航天局旅行者太空船的示意图，显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

在离开太阳大气三个月后的2012年11月，旅行者1号首次听到星际声音（请参见上面的视频）。 六个月后，又出现了另一种“呼啸声”-这次越来越响。 星际介质似乎越来越厚和更快。

这些短暂的警报声在今天的旅行者数据中以不规则的间隔持续存在。 这是研究星际介质密度的绝佳方法，但确实需要一些耐心。

奥克说：“它们每年仅被看到一次，因此，对这类突发事件的依赖意味着我们对星际空间密度的地图相当稀疏。”

奥克（Ocker）着手寻找一种连续测量星际介质密度的方法来填补这些空白，这种尺度不依赖于从太阳传播的意外冲击波。 过滤Voyager 1数据并寻找微弱但稳定的信号后，我找到了一个有前途的候选人。 它在2017年年中开始回升，大约是在再次鸣笛之时。

奥克说：“这实际上是一种语气。” “随着时间的流逝，我们听到了这种变化-但是频率的变化方式告诉我们密度是如何变化的。”

弱但半连续的等离子振荡事件-在此图/ tk中以细红线显示-与旅行者1的等离子波子系统数据中最强的事件相关。图像在各图之间交替显示，仅显示强信号（蓝色背景）并经过滤波显示较弱信号的数据。 图片来源：NASA / JPL-Caltech / Stella Ocker

Oker称新信号为等离子波的发射，并且它似乎也在跟踪星际空间的密度。 当数据中突然出现哔哔声时，发射音会随之上升或下降。 该信号也类似于已知在地球高层大气中追踪电子密度的信号。

奥克说：“这真是令人兴奋，因为我们能够在很长的空间范围内定期采样密度，这是我们迄今为止拥有的最长的空间范围。” “这为我们提供了旅行者号所见的密度和星际介质的最完整图。”

根据该信号，旅行者1号周围的电子密度在2013年开始上升，并在2015年中期左右达到电流水平，密度增加了40倍。 航天器似乎处于相似的密度范围内，但有一些波动，他们分析的完整数据集于2020年初结束。

奥克（Ocker）和她的同事们目前正在尝试建立一个物理模型，该模型如何产生等离子波，这将是解释它的关键。 同时，旅行者1的等离子波子系统继续向离家越来越远的地方发送数据，因为每个新发现都具有重新定义我们在宇宙中的家的能力。

有关这项研究的更多信息，请阅读《太空的空虚》，在140亿英里之外，旅行者1号发现了等离子体波的“烦恼”。

参考文献：“旅行者1探测到的星际空间中的连续等离子波”，斯特拉·科克·阿克（Stella Koch-Acker），詹姆斯·M·科德斯（James M Cordes），沙米·查特吉（Shami Chatterjee），唐纳德·A·杰内特（Donald A. Gernet），威廉·S。 自然天文学。
DOI：10.1038 / s41550-021-01363-7