绘制航天器超越太阳影响范围的最佳路线

日光层由太阳风、太阳瞬变和行星际磁场组成，充当太阳系的个人盾牌，保护行星免受银河宇宙射线的伤害。这些能量极高的粒子从超新星等事件中向外加速，如果日光层不吸收它们，就会造成巨大的破坏。

目前，科学界无法就这一受保护空间的边界或轮廓达成共识，他们正在探索超越太阳影响范围的星际探测器的任务概念，以回答这些问题。

密歇根大学领导的一项研究发表在《天文学和空间科学前沿》上，提出了最大限度地进行科学测量的建议，以便从外部更好地了解我们在日光层中的家园的大小和形状。

“如果没有这样的使命，我们就像金鱼试图从内部了解鱼缸，”该研究的第一作者、密歇根大学博士后研究员莎拉·A·斯皮策(SarahA.Spitzer)说。

波士顿大学研究科学家马克·科恩布鲁斯(MarcKornbleuth)表示：“我们想知道日光层如何保护宇航员和生命免受有害的银河辐射，但当我们甚至不知道防护罩的形状时，这很难做到。”和该研究的共同作者。

根据这项研究，最好的退出路线是通过日光层尾端的侧面。

日光层与当地星际介质(一种由等离子体、尘埃和中性粒子组成的物质，填充在天球层之间的空间)的相互作用形成了日光层的形状，并影响太阳系内(包括近地)空间环境的组成。目前，模型预测日光层可能形成球形、拉伸形和新月形等形状。

如果没有在日光层之外进行额外的测量，就无法最终确定日光层的形状。

斯皮策说：“未来的星际探测器任务将是我们第一次有机会从外部真正看到我们的日光层、我们的家园，并更好地了解它在当地星际介质中的位置。”

迄今为止，航海家一号和二号航天器是唯一可能离开日光层的任务。现在，距离1977年发射已经过去了46年，该航天器已经远远超出了其预期的任务寿命，并且无法再提供增进我们对日光层边界的了解所必需的完整等离子体测量。

未来的星际探测器任务旨在超越日光层，从当地星际介质中收集样本。2021年的任务概念报告涉及1000多名科学家的合作，讨论了有效载荷、运载火箭和各种轨道的技术方面。然而，本报告假设探测器轨迹与日尾机头或太阳定向运动前部成45度角附近是最佳的。

为了挑战这一假设，研究小组分析了从头到尾方向的六种可能的星际探测器轨迹的科学价值。研究人员得出结论，朝尾部方向与日光层侧面相交的轨迹将提供了解日光层形状的最佳视角，并最大限度地提高科学产出。

“如果你想知道你的房子向后延伸多远，走出前门并在前面的人行道上拍照可能不是你的最佳选择。最好的方法是走出侧门，这样你就可以看到有多远它是从前到后，”科恩布鲁斯说。

此外，模型表明星际等离子体可以通过尾部直接注入日光层，从而提供了在日光层内外采样星际等离子体的机会。为了更好地了解日光层与星际介质的相互作用，研究人员还建议在未来的日光层远缘任务中收集科学测量数据。

密歇根大学气候与空间科学与工程教授、该研究的最后一位作者苏珊·莱普里(SusanLepri)表示：“这项分析需要很大的毅力。它从小规模开始，后来发展成为社区的宝贵资源。”

在46年的旅程中，航海者号宇宙飞船已远离地球约163个天文单位(152亿英里)。展望未来，未来的星际探测器将设计执行为期50年的任务，旨在旅行约400个天文单位，甚至可能持续约1,000个天文单位，为我们的日光层和更远的星际介质提供前所未有的视野。

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