1977年9月，美国宇航局发射了空间探测器——旅行者1号。这是一个传奇的航天器：它在1979年飞过木星，然后又在1980年末飞过土星；2012年8月，它飞过太阳系的边缘，以每小时38000英里的速度穿越了日球层顶，也就是太阳系与星际空间的边界，成为了第一个进入星际空间的人造物。
如果说我们的日球层是一艘航行在星际“水域”中的“船”，那么旅行者1号就是一艘刚刚从日球层的甲板上降下的“救生筏”，决心去更广袤的星际“水域”一探究竟。
刚离开日球层不久的“救生筏”所感受到的“水域”中的任何波涛汹涌，都主要来自于日球层的尾流。但随着它更加深入地进入到星际“水域”，它越能“感受”到来自星际“水域”本身的扰动。最终，日球层对它施加的扰动将从它的“感受”中完全消失。
直至今日，旅行者1号这艘“救生筏”已经在星际“水域”中航行了8年，它仍然在辛勤地工作着，在前往无限远处的路途中，不断向地球传回它所收集到的数据信号，为地球上的我们带来关于那片未知的星际空间的新信息。
星际介质是那些存在于恒星之间的物质，它们是稀疏地散落在星际空间里的粒子和辐射。就像海洋一样，星际介质中充满了汹涌的波动，最大的波动来自于旋转的银河系，它能产生跨越数十光年的波动；再小一点的波动可能来自超新星爆发，这些波动的波峰到波峰之间可绵延数十亿英里的距离；最小的波动则通常来自于太阳，太阳爆发所发出的冲击波会穿过空间，渗透到日球层顶。
这些波的碰撞可以揭示星际介质密度的信息。当这些波在空间中回荡时，它们会振动周围的电子，这些电子会根据它们挤在一起的方式而发出特定的频率。频率的音调越高，电子的密度就越高。
旅行者1号上装有的等离子体波子系统就是为了“听”到这种声音而设计的，它能检测到星际介质中的扰动。通过这个系统，在2012年11月，也就是离开日球层顶的三个月后，旅行者1号就首次“探听”到了星际的声音；6个月后，它又探听到了一次音量更大、音调更高的声响。这意味着星际介质的密度在增加。
旅行者1号上装有的等离子体波子系统是两个在飞船后面的长10米的天线。| 图片来源：NASA/JPL-Caltech
通过聆听这些声响，天文学家就可以知晓星际空间的物质密度。从由旅行者1号传回的数据来看，这些转瞬即逝的短暂声响以不规则的间隔出现，大约每年一次。如果只依赖于这些偶然出现的事件来描绘星际空间中的星际介质密度图谱，那能获得的数据点不会太多。
新论文的第一作者是康奈尔大学的Stella Koch Ocker，她认为若要更好地了解星际空间的星际介质密度，需要找到一种不需要依赖于由太阳偶尔传出的信号的方法。在筛选了旅行者1号从140亿英里之外缓慢传回的数据后，她发现了一个由接近真空的空间所产生的微弱、稳定而持久的信号。
这种信号的频率带宽很窄，有着几乎单一的音调，释放出持续的嗡嗡声。随着时间的推移，你能听出它的变化，并能从频率的转变方式获悉密度发生了怎样的变化。
研究人员将这种信号为等离子体波发射。当数据中出现那些偶然出现的声响时，这种等离子体波发射信号的音调也随之上升或下降。由星际介质发射的信号就像一场安静而柔和的雨，由太阳爆发而发出的信号就像是在雷暴天气中探测到的闪电，当闪电结束后，又回到一片柔和的雨声中。
研究人员将他们的发现发表在了5月10日的《自然-天文》杂志上。结果表明，旅行者1号探测到的来自星际气体发出的持续的嗡嗡声的，让研究人员得以首次对星际空间中的物质密度进行了连续的测量。
根据这种信号，研究人员计算出从2013年起，旅行者1号周围的电子密度开始上升，并在2015年年中左右达到当前水平。在这个过程中，电子密度增加了约40倍。数据显示到2020年年初，旅行者1号似乎一直处于类似的密度范围。
探测到这种稳定而持续的信号让天文学家非常兴奋，因为这意味着他们能够规律地对很长的一段空间的密度进行采样。持续性地追踪星际空间的物质密度有着非常重要的意义。
一直以来，天文学家都缺少能够分析和评估星际空间密度的机会，而新的发现让他们意识到，他们并不需要等待由太阳带来的偶然事件才能测量星际里的等离子体——不管太阳处于什么情况，旅行者1号都会将一种微弱而稳定的信号传回地球。与此同时，随着旅行者1号前进的脚步，它所装有的等离子波子系统会不断将离我们越来越遥远的地方的数据传送回来。在那些遥远的地方，每一个新的发现都将有可能重塑我们对宇宙的想象。
#创作团队：
编译：不二北斗
https://www.fau.eu/2021/04/29/news/research/breakthrough-thanks-to-helices-made-of-nickel/
https://journals.aps.org/prl/abstract/10.1103/PhysRevLett.126.177401
https://www.jpl.nasa.gov/news/as-nasas-voyager-1-surveys-interstellar-space-its-density-measurements-are-making-waves
https://news.cornell.edu/stories/2021/05/emptiness-space-voyager-1-detects-plasma-hum
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