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如何看待最近旅行者二号发回的数据显示人类有可能飞不出太阳系?

  ​最近,有个新闻说是研究发现旅行者二号飞到了"太阳系边界",那里有一堵高达50000摄氏度的"火墙"。很多人邀请回答这个问题,在这里把知乎答案贴出来,感兴趣的可以去知乎找太空精酿这个账号看一看其他文章。
  以下是回答:
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  谢邀
  最近好几个邀请,然鹅刚开始一看这表示标题并波澜不惊,因为我早就从航天动力学的角度回答过人类自身太脆、依靠化学能的确不可能飞出太阳系,参见下面这个高赞回答
  人类会被困死在太阳系中吗?​www.zhihu.com
  今天有时间详细看了下这个新闻,合着是小编(国外+国内)看到了一个《自然·天文学》杂志的文章[1],写了这么一个有着如此夸张内容的新闻《太阳系边缘充满了超高温等离子体,温度高达50000摄氏度!》,乍一看的确是一堵"fire wall",火墙,要把人类完全封死在太阳系里了。
  温度大家都有概念,毕竟人类洗澡40+摄氏度已经很烫,100摄氏度就煮熟了,一看到5万度吓死了。
  然鹅,小编显然是偷换了概念,或者是他啥也不懂。
  一、等离子体温度,不代表真实你感受到的"温度"
  等离子体是啥?它是物质所处的一种高能状态,类似气体状态,有着近乎完美的导电率,也很容易受磁场影响。航天领域的一个典型应用就是等离子体电推进技术,例如把氙气在高压下电离、放到强磁场中加速到几万米/秒,根据动量守恒和牛顿第三定律、反冲力顺利推进卫星前进,我曾经在下面这篇万赞回答中介绍过GOCE上应用的黑科技,
  你现实中见过科技含量最高的东西是什么?​www.zhihu.com
  它的核心就是等离子电推进系统,等离子体的能量密度/单个等离子体的能量有多大,可想而之。最早的研究都说明它有1万多摄氏度[2]。
  然鹅,GOCE卫星如此高逼格、人类曾经唯一的低轨卫星电推进系统极限推力才20毫牛顿,它平时主要用于克服极其微弱的空气阻力造成的加速度,量级是用纳米-微米/秒^2评价,效果几乎相当于一滴牛奶砸到数百平米地板上效果。
  但这已经是人类顶级黑科技的成果,全世界只有美俄欧日中五国才会啊。
  说白了,举这个例子就想说明:脱离密度谈个体,毫无意义。虽然电推进的离子几万米/秒速度、超高电压、超强磁场,其实总能量极低。
  而在宇宙中,最不缺的就是等离子体,它们的能量的确极高,几万摄氏度很正常,但密度实在太低。
  但这就好比是你看到马云有钱,就下结论说中国人均财富几千亿。马云是有钱,可是没钱的更多啊,因为马云的密度太低了。
  人类其实每时每刻都在被各种宇宙射线穿过,然而你一点感觉都没有,在空旷的宇宙中简直忽略不计。
  因而,温度在这里只是形容能量级别的概念,常见的TeV(1T啊!)啥的也是干这个。但你真碰到TeV的极少粒子,也没啥感觉,甚至感觉还不如36V电的刺激。
  二、那么,真实的新闻到底是什么?
  1.为什么旅行者二号?
  旅行者二号是1977年发射的旅行者双胞胎之一,由于放射性同位素电机(核电池)技术,两个探测器一直工作到了今天,而且还能工作5-10年。关于它们,我写过很多科普,不再赘述了,感兴趣可以看一看这些,
  如何看待最近旅行者一号的重启?​www.zhihu.com
  旅行者一号发射时 CCD 还没有问世,那它是靠什么照相并且回传回地球的?​www.zhihu.com
  总体而言,旅行者二号飞得并没有旅行者一号远,它"才"飞了(2019年11月29日数据)184亿千米而已,比起旅行者一号差很远。
  毕竟,现在以光速出发,大概17个小时就能赶上旅行者二号,而赶上一号需要20.5个小时…
  但是这个科研选它了,当然有一定道理。
  由于旅行者能量有限、飞行在极其空旷的太阳系中、研究目标很有限,它们大部分仪器都关闭了,仅留了少数。
  恰好,旅行者二号比起一号就是多了一个等离子体科学分析仪器(PLS)还在开着,这是个研究等离子体的核心仪器。
  要发文章,你得有数据,就选这个呗。
  2.为啥不选旅行者一号?
  重要在于它的仪器关了,但关了一个很重要的原因在于它飞得更远,已经超过这个阶段了。
  太阳有一个自己的影响范围,叫做太阳圈(Heliosphere),它不断吹出太阳风、与星际辐射啥的总有一个作用边界,它在2012年就飞过这里,
  可以看到[3],8月份开始,太阳风的颗粒暴降啊,随后的2013年,星际物质带来的能量爆增,不久之后NASA宣布旅行者一号进入了星际空间。
  柯伊伯带和奥尔特星云是什么关系?​www.zhihu.com
  当然,这是以太阳风影响边界来定义的星际空间,而且这里还有太阳风产生的巨大"气泡"。如果以更宏观的奥尔特云啥的,还早着呢,再飞几十万年吧。
  后来又轮到旅行者二号在2016年飞到这附近(另一个方向),后来发现太阳风影响的边界好像不是个规则图形,发了一堆文章分析。后面还有人不断接着写文章。
  而大新闻中这篇文章是干啥呢,我赶紧去围观了一下[1],不是空间科学本行,大概强行翻译了。
  简单来说,就是发现这里(太阳风的边界区域,Heliopause)的温度比预想中的理论值要高一些,原来以为是1.5-3万度,研究发现竟然高达3-5万摄氏度(开尔文)。当然,里面的理论啥的很多,我就不敢解释了。
  新闻嘛,就当然选了50000度这个最大的数来吓人。
  拐回前面的话题,这个温度只代表等离子体能量等级,根本不代表总体能量,小编相当于偷换概念。其实在这里,用人类所通常说的体感温度形容就是温度极低,已经接近绝对零度。你到了那里,根本不是被50000度烤化了,而是瞬间冻成渣渣。
  因而,总体上这只是个小论文,NASA都没说啥,毕竟旅行者号科研结果都刷了42年,真心不在乎这么小的一个,NASA关于旅行者号官网上啥相关的"大新闻"都没有。11月4日发了一篇,但是几篇论文的总结,根本没有50000度的影子[4]。
  这也好比是,你非要写新闻渲染几万伏的电压很恐怖,电死多少人分分钟。但实际上,静电电压从几万伏到几十万伏不等,那你为啥不怕静电、而怕仅220V的日常用电呢?
  要想论证人类到底能否突破太阳系,还得讲姿势,不要造大新闻。
  不过还是实名羡慕NASA和相关的科学家,有这么厉害的探测器和科研结论。
  推荐本人介绍太阳系各个使者的live:
  太阳系的使者漫谈​www.zhihu.com
  参考:
  【1】https://doi.org/10.1038/s41550-019-0929-2
  【2】https://doi.org/10.1364/AO.7.000677
  【3】http://voyager.gsfc.nasa.gov/heliopause/heliopause/v1la1.html
  【4】https://voyager.jpl.nasa.gov/news/details.php?article_id=116

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