飞了185亿公里，探测器终于找到答案：真空中也

作者 茄子草

说到真空，就不得不提著名的“马德堡半球实验”。 1645年，马格德堡市长奥托·冯·格利克（Otto von Glick）想向当时的皇帝展示真空的威力，于是设计了马格德堡半球实验。首先，他找到了一位著名的铜匠，制作了两个可以紧密贴合在一起的赤铜半球。在没有使用粘合剂的情况下，他从两个半球排出了空气。结果，在两边八匹马的作用下，伴随着一声巨响，两个半球被扯开。

从这个实验中我们可以知道，经过数百年的时间，人类已经意识到了大气压力的力量。人类最早发现真空现象的时间可以追溯到1641年，当时来自意大利的科学家托里切利在一次偶然的实验中发现了真空现象。

如果我们在一个盆里装满水，然后在一个试管里装满水，这时候我们用水盖住试管的口，倒过来插入水里，我们会发现里面的水试管已满。但是如果我们把水变成水银呢？汞作为一种在室温下呈液态的金属元素，具有特殊的性质。 Torizal在使用水银完成上述实验时发现，试管的上部实际上是空的，没有装满水银，空的部分处于真空状态。

在我们很多人的印象中，真空往往就像它的字面意思一样，真的是空的。但实际上，现代科学对真空的定义是小于一个大气压的气体状态。正如人类无法达到绝对零一样，从技术上讲，我们也无法驱逐特定空间中的所有粒子。在自然状态下，只有外太空的世界最接近绝对真空。因此，声音不能在宇宙中传播，而不需要传播介质的电磁波可以。

真空不仅仅在我们的日常生活中使用，例如食物可以通过真空包装保持新鲜。对于研究宇宙的科学家来说，这方面的知识也不少。作为普通人对宇宙的理解，当我们国家发射神舟载人任务时，我们往往只有一丝兴趣。但除了载人之外，飞船还配备了许多探测宇宙的仪器，包括可以探测宇宙粒子密度的探测器。

人类探索宇宙的历史可以追溯到一千多年前。现在科学家们可以说他们对太阳系中的绝大多数情况了如指掌。然而，我们对太阳系外的条件知之甚少。所以在 1970 年代，NASA 发起了两次探索外太阳系的任务。他们是航海者一号和航海者二号。别看发射时间已经过去了将近50年，但他们仍然没有飞出太阳系，处于边缘。

按照常识，世界各国都在地球轨道上发射了各种探测器和遥控卫星，真空度应该比较低。而离地球越远的地方，真空度就会越高。然而，航海者系列探测器返回的数据却恰恰相反：随着航海者一号和航海者二号的飞行，它们探测到的物质密度逐渐增加。科学家们拿到数据时不知所措，有一段时间，他们无法解释这种违反直觉的现象。

航海者一号于 1977 年发射升空，并于 2012 年穿过日光层长达 35 年。日光层的顶部是星际介质和太阳风开始融合的地方。航海者2号的旅程更加坎坷。虽然它与航海者 1 号是在同一年发射的，但航海者 2 号还有额外的任务。到达日光层用了 41 年。 .从此，航海者一号和航海者二号正式进入星际空间。

根据美国宇航局公布的数据，太阳系中电子和质子的密度为每立方厘米 3 到 10 个。随着与太阳距离的增加，密度值将继续降低。根据探测器离地球的距离和探测器探测到的粒子密度，科学家们得出了计算宇宙中粒子密度的公式。科学家根据这个公式计算出银河系星际介质的平均密度，约为每立方厘米0.037。

当航海者一号和航海者二号穿越日光层进入星际介质时，科学家们第一次提取的数据是粒子的平均密度。检测结果显示，航海者一号返回的结果为每立方厘米0.055，而航海者二号返回的结果为每立方厘米0.039，与之前的计算相差不大。

虽然科学家们还沉浸在成功的喜悦中，但随后来自旅行者 1 号和 2 号的返回数据却让他们大吃一惊。当航海者一号第一次返回数据时，它距离地球已经接近 200 亿公里。而下一次返回数据的时候，仅仅过了30亿公里，它返回的结果不仅没有变小，反而逐渐变大，从开始的0.055每立方厘米，变成了0.13每立方厘米。

文章来源：《真空科学与技术学报》 网址: http://www.zkkxyjsxb.cn/zonghexinwen/2021/0626/843.html