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(fēng)、太陽瞬變和行星際磁場組成，充當(dāng)太陽系的個(gè)人盾牌，保護(hù)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(xué)界無法就這一受保護(hù)空間的邊界或輪廓達(dá)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(xué)領(lǐng)導(dǎo)的一項(xiàng)研究發(fā)表在《天文學(xué)和空間科學(xué)前沿》上，提出了最大限度地進(jìn)行科學(xué)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(xué)博士后研究員莎拉·A·斯皮策(SarahA.Spitzer)說。

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

根據(jù)這項(xiàng)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(dāng)?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(jìn)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(jī)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(dāng)?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(yuǎn)遠(yuǎn)超出了其預(yù)期的任務(wù)壽命，并且無法再提供增進(jìn)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(dāng)?shù)匦请H介質(zhì)中收集樣本。2021年的任務(wù)概念報(bào)告涉及1000多名科學(xué)家的合作，討論了有效載荷、運(yùn)載火箭和各種軌道的技術(shù)方面。然而，本報(bào)告假設(shè)探測器軌跡與日尾機(jī)頭或太陽定向運(yùn)動(dòng)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(xué)價(jià)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(xué)產(chǎn)出。

“如果你想知道你的房子向后延伸多遠(yuǎn)，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(yuǎn)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(jī)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(yuǎn)緣任務(wù)中收集科學(xué)測量數(shù)據(jù)。

密歇根大學(xué)氣候與空間科學(xué)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(xiàng)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(yuǎn)離地球約163個(gè)天文單位(152億英里)。展望未來，未來的星際探測器將設(shè)計(jì)執(zhí)行為期50年的任務(wù)，旨在旅行約400個(gè)天文單位，甚至可能持續(xù)約1,000個(gè)天文單位，為我們的日光層和更遠(yuǎn)的星際介質(zhì)提供前所未有的視野。

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