插播一下,请看一下地球在宇宙中的简化版“地址”,就能感觉到宇宙有多大了:宇宙、KBC空洞、双鱼鲸鱼座超星系团复合体、拉尼亚凯亚超星系团、室女座超星系团、本星系群、银河系、猎户臂、本地泡、本星际云、太阳系、地球。
旅行者2号已经告诉我们,它所穿越的日球层顶距地球120天文单位(180亿公里)。但日球层的形状和不同方向的日球层顶距离仍然是一个谜团。科学家们非常迫切地想知道日球层的形状是怎样的,它在各个方向的尺度是多少。有人猜测它是羊角面包状的,也有人猜测是蝌蚪状的。有人认为它拉得很长,也有人认为它近圆形,弄清这些问题不仅能扩展我们的知识,也能对地球未来将面对的宇宙射线变化做出长期预测。
日球层和旅行者探测器当前位置示意图(图中heliopause意为日球层顶)。来源:NASA/JPL
人类已经发射的探测器中,有五架已经飞出或将要飞出日球层。但迄今为止,只有两架旅行者号在穿越日球层顶时还在工作,飞出太阳系后还能继续发回科学数据。然而,它们都不是为日球层探测而设计的,能够获取的日球层和星际空间的探测数据非常有限。中美的这两个计划则是专门为日球层探测设计的。
美国的“星际探测器”由约翰·霍普金斯大学应用物理实验室研制。它重860公斤,初步计划于2036年发射。它将以每小时6万公里的创纪录高速度离开地球,所以能在短短15年后到达旅行者1号花了35年才到达的日球层顶。本世纪末,它将超越旅行者号成为飞得最远的人类探测器。它的设计寿命是50年,届时将到达离开地球300天文单位(450亿光年)的地方。这是一个前所未有需要跨代规划的项目。
星际探测器。来源:NASA/APL
中国的“星际快车”由三个探测器组成。原定后年发射的第一和第二次任务采用两个小型探测器。它们飞行方向相反,将分别从鼻部(太阳前进方向)和尾部(太阳前进相反方向)飞出日球层。按计划,它们将借助地球、木星、海王星和柯伊伯带天体进行多次引力加速,并将在2049年建国100周年之际到达距地球约100天文单位(150亿公里)的日球层顶附近。探测器有化学推进和电推两种方案,可能的运载工具是长三乙或长五。不过,由于疫情影响,发射时间已相应推迟。