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？

圆月小侠

出处： 旅行者2号发回数据，NASA：遇到超高温“防火墙”，或飞不出去 相关问题： http://www.zhihu.com/question/358933314
作者：一点资讯

hoei

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？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？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？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？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？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





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

刘冠华

刚刚看到匿名用户更新了反对的理由，以及他的观点，我感到很欣慰，我个人认为他的反对的确是有道理的，我保留我的观点，这就仁者见仁智者见智了。
首先，这个信息出现在一则新闻里，然后国内媒体也纷纷开始发布信息，50000℃以及“火墙”之名，来自《太阳报》；
而且，此新闻已经造成相当一部分人的怀疑，甚至于误解；
进而，我提出了我的看法：与其信《太阳报》，不如看NASA的新闻。
《太阳报》以及国内的部分自媒体，他们的公信度我们是有谱的，为什么要去相信他们的说法呢？等NASA官方发布新闻不好么？站在普通大众的立场上，首先相信他们有什么好处呢？难道以后报道搞出一个更玄的东西出来，我们也去选择相信吗？为什么不等官方发布新闻呢？
所以我的立场已经很明白了：
1.这类新闻，尤其是在大众不甚了解的领域的新闻，只要不是官方新闻，不管真伪，一律不信；
2.有条件的人，自然可以在官方新闻出来之前，自己寻找资料；
3.不是每个人都了解其中的门道，新闻要为大众着想。
希望知乎可以给匿名的同志加精，因为他的科普内容足够专业，况且我还举了一个不恰当的例子来分析，点赞数本应该是匿名同志最高，这是我没有想到的。所以如果大家认为我有失水准，请点个踩。
——————
反对我的同志还请仔细阅读我写的东西，我并未斩钉截铁地说过这件事（高温等离子体）不存在。
注意看这则新闻的"关键词"，强调的内容是什么，再去找找国内自媒体转发的内容（当然事情已经过去好几天了），看看他们是怎么描述的。
首先，我去NASA官网搜索了一下，没有发现相关新闻。
好吧，那我进入Voyager任务专栏看看。
最近的一则信息是确认旅行者2号进入星际空间，点开进去，没有任何提到所谓的“Wall of Fire”这个东西。输入关键词“49,427“看看？
还是没有，那换成”89,000“呢？
既然NASA官网找不到，那么这则新闻是从何而来的？答案是：《太阳报》
输入关键词，第一条就是，发布日期为2019年11月22日。纵观全篇”新闻“，只有一小部分介绍了这个所谓的火墙，其他地方可以说是废话连篇，就是营销号的开头”随着人类科技的不断发展“，接着说这是个啥，最关键部分的来源都没有。让我们来看看里面引用的NASA相关人员的回答吧。

"The Voyager probes are showing us how our Sun interacts with the stuff that fills most of the space between stars in the Milky Way galaxy," said Dr Ed Stone, project scientist for Voyager.（”旅行者号探测器向我们展示了我们的太阳如何与银河系中大部分恒星间空间的物质相互作用“）Instead of crossing into interstellar space, the probe was in a "transitional region" at the edge of the Solar System, Nasa said.（探测器没有穿越星际空间，而是处于太阳系边缘的“过渡区”）

跟新闻主题有关系吗？
英国《太阳报》（The Sun）是富商基思·鲁珀特·默多克(Keith Rupert Murdoch)拥有的新闻集团（News Corporation）旗下的一份小尺寸版式日报（tabloid）。《太阳报》是一份煽情性报纸，是全英国销量最高的报纸，以社会中下层为读者。2004年后期该报的每日发行量达320万份。星期日版的《太阳报》名为《世界新闻报》（News of the World）。2012年1月28日，英国警方和默多克新闻集团旗下新闻国际公司确认，警方逮捕涉嫌向警察收买新闻线索的4名《太阳报》现任或前任管理人员和1名涉嫌受贿的警察。（百度百科）
你信NASA还是信《太阳报》？
以上内容是我在11月23号的回答，未改动。
我讨论的不是旅行者二号是否探测到高温等离子体这件事的真伪，而是此类新闻该不该信，可信度有多高？
反对我的同志的科普内容非常不错，言简意赅，大家可以以此为准加深认识。不过，我并不会改变我的观点。希望大家以后在非官方平台碰到此类新闻，最好请不要相信，在不相信的基础上再去找资料，找不到就不需去管它。像这个所谓的“火墙”，以后一定会成为某个阴谋论的“证据”。
补充说明：
统计物理学中，温度表征大量分子的热运动的情况（以前大学物理学到过），对于单个分子来说温度没有特别重要的意义，而我们大众对温度的理解是有统计学意味的，比如说夏天的热浪会让人出汗。而对于这些星际空间的等离子体，温度的意义便是从另一方面表示能量高低，这种情况下温度就已经不是我们认为的那样了。就像高能物理中通常使用电子伏特表示粒子质量一样。
举个例子，将一个电子使用1V的电位差加速之后获得的能量是1eV（电子伏特），那我可以说，这个电子现在温度是11605K/1.5=7737K，也就是将近7500℃，然后把这个电子打到你的手上，其实不痛不痒。
所以，关于温度的定义或者说概念上的差别，会造成一定的误区。新闻是面向大众的，面向社会的，不是给懂行的人特供的，内容怎么写才能使受众能看懂，尽量不造成误会很重要。星际等离子体这么算下来温度看起来高得不得了，实际上这在宇宙中不足为奇，这都能叫火墙了，那小行星带怎么没把探测器困死在木星轨道呢？

fanfan_880331

这是朴素的非专业人士在获得少量情报之后，由于基础知识的欠缺和对新闻的不敏感，而产生的错误联想。
星际等离子体的温度本来就非常高，靠近太阳的地方比那还要热得多，日冕稀薄的等离子体有百万摄氏度呢。
它们太稀薄了。几个粒子根本不会给包括旅行者号在内的载具造成伤害，更别说“阻挡外星飞行器”这种蚍蜉撼树的情景了。
在星际天体奥陌陌等已经从外部普通飞行突入过太阳系的现在，这种联想就更加搞笑了。

韭菜555

在下学材料的，可以稍微算一算现在的俩旅行者飞行器能在星际空间飞行多久而不因为辐照导致材料失效而解体。
先猜一下，我估计这点辐照在旅行者俩飞行器带的燃料失效之前（2025年）不会对飞行器造成什么影响。
说明及简化假设：

其实星际粒子的动能主要分布是从若干eV到若干GeV，五万度也不高，就几个eV而已我看到报道（上图）是说旅行者2号现在接收到的高能粒子数忽然提高，同时低能量的粒子突然降低（不过你看那可怜的数目，真是稀薄啊，每150g香蕉每秒就要辐射30到50个电子）假设星际粒子都是质子，动能0.2 GeV，垂直冲击飞行器，速度221679 km/s有报道计算出星际粒子空间浓度 0.08 cm^-3，按0.2GeV垂直飞行算，对应单位面积流量为 (真的低）旅行者飞行速度 23 km/s，忽略不计旅行者飞行器材料为铝（displacement threshold energy = 16 eV）DPA rate（求问dpa的中文正式翻译是什么）计算式 0.2GeV的质子在铝中的穿透深度（Stopping Range）大概170mm飞行器材料在dpa大于20时立即失效（实际值应该比20大得多，头疼）铝中的辐照损伤不会自行恢复（头疼x2）铝中的辐照损伤不会出现饱和（头疼x3）

首先
其中 ，
,
,

Z是原子序数，A是原子质量，L代表铝，R代表飞过来的质子。
于是，df = 520，Nd = 16，（随便算的，反正估计也没有人验算，哈哈哈）
一个0.2GeV的质子撞击到铝中能够使16个原子移出自己原本所占据的位置
表面积1cm，深170mm的17cm铝中有铝原子1x10^24个。
计算得到DPA rate = 2.77x10^-15 dpa/s

粒子全数在200MeV能量，要使铝达到20 dpa需要2.3亿年。

比我直觉感觉得久好几个数量级，好气。
人太年轻，直觉十分不准确啊。
嗯。。。这么长时间，要是没“风”，旅行者号能飞出去17600多光年呢。
嘛，总之结论就是，旅行者号飞不出太阳系不是因为会被星际粒子“烧毁”。



说到星际旅行无法靠化学能/裂变能+离子发动机，我觉得实现星际旅行所需要的技术，其实雏形已经有了，核聚变+同步辐射。说不定哪一天人类就用同步辐射的原理制造出聚变驱动的离子/光子“变循环”引擎了。
在星际物质丰富的情况下，依靠星际物质补充燃料和工质，收集质子，聚变成氦，加速发射出去。
在星际物质不足的情况下，加速电子进行同步辐射，定向射出超亮光束。
说不定哪一年，我们就要开始铺设和维护星际高速公路了呢。


想想真是离未来好近呐。
搬砖搬砖。