【译文】IBEX计划与太阳系边界问题

科学回顾

如果我们能看到我们的日球层，我们的家园会以什么样子展现在银河系中？
太阳和太阳系在银河系的特定区域运动，这一区域被称为当地星际介质（local interstellar medium）。星际介质由银河系中的众多恒星通过恒星风、新星、超新星等方式释放的物质组成，它有如图所示的可能结构。IBEX图像显示了星际边界的整体性质，这一星际边界是我们的日球层和当地星际介质分界线。图片由L. Huff/P. Frisch提供；其中的局部放大图显示了鹿豹座BZ双星的核心（……提供）。
翻译参考：http://scholar.ilib.cn/A-kjsyyj200403013.html，http://apod.nasa.gov/apod/ap001128.html，http://www.phys.ncku.edu.tw/~astrolab/mirrors/apod/ap001128.html

                               
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关于旅行者探测器
旅行者一号（V1）探测器于2004年12月16日穿过终端激波（TS），当时距我们94天文单位。
在到达终端激波前，旅行者一号探测到其所能探测到的最低能态的高能粒子的强度有所增加。12月16日，旅行者一号记录到支持存在激波crossing的多项观测资料（Stone et al., 2005; Decker et al., 2005, Burlaga et al., 2005）。如下图（左图上部）所显示的，该图由Decker et al提供(2005)，当旅行者一号接近终端激波时，低能态的高能粒子强度逐渐增加，这和与终端激波相联系的磁场线一致。(Burlaga et al., 2005)。在接近低355天时，旅行者一号还探测到磁场强度的突然增强（如下面右侧图所示，该图由Burlaga et al提供，2005），其增加程度和compressive turbulence的增加程度相当。磁场强度和高能粒子密度的同时增加向科学界证明旅行者一号实际上已经穿过终端激波。

                               
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在旅行者一号关于磁场强度和高能粒子的探测数据的基础上，我们原先关于太阳风的知识受到了极大挑战，由它推断，大部分太阳风粒子的速度在旅行者一号穿过终端激波时肯定也急剧降低。不幸的是旅行者一号携带的等离子探测器在早先时候出了故障，所以已经不可能对太阳风速度的降低程度做直接测量。然而，旅行者二号正在接近终端激波，它可以提供对等离子区速度的精确测量。我们希望，而且非常希望，旅行者二号能很快提供日鞘（heliosheath）运动的第一次直接测量。

都知道，旅行者探测器的测量数据只是针对一个特定的区域和时间。虽然旅行者一号记录到了终端激波和日鞘性质的最初数据，但是单点测量无法给出它们的整体性质。因为IBEX计划能提供恒星际相互作用（interstellar interaction）的整体图像，IBEX探测资料完全免费，相互共享，旅行者探测器提供详细的单方向测量。

原文：
Science Overview

If we could see Our Heliosphere, What would our Home in the Galaxy look like?
The Sun and solar system move through a part of the galaxy referred to as the local interstellar medium. It is built up from material released from the stars of our galaxy through stellar winds, novae, and supernovae. The interstellar medium has considerable structure as illustrated here. IBEX images reveal global properties of the interstellar boundaries that separate our heliosphere from the local interstellar medium. Image courtesy of L. Huff/P. Frisch; The box shows an astrosphere at the binary star BZ Cam (photo courtesy of R. Casalegno, C. Conselice et al., WIYN, NOAO).

Relation to Voyager

The Voyager 1 (V1) satellite crossed the Termination Shock (TS) on December 16th, 2004 at a distance of 94 AU
Before crossing the TS, Voyager 1 observed increases in the intensity of the lowest energy energetic particles it could observe. On December 16th, Voyager 1 recorded a variety of observations that support a shock crossing (Stone et al., 2005; Decker et al., 2005, Burlaga et al., 2005). As shown in the figure below (top left) from Decker et al. (2005), the intensities of the low-energy energetic particles increased as Voyager 1 approached the TS, consistent with beaming along magnetic field lines connected to the TS (Burlaga et al., 2005). Near day 355, V1 also observed an abrupt increase in the magnetic field strength (as shown in the figure below to the right from Burlaga et al., 2005) as well as increased levels of compressive turbulence. The simultaneous jumps in magnetic field strength and energetic particle intensities proved to the scientific community that Voyager 1 had in fact crossed the termination shock.
Based on Voyager 1's magnetic field and energetic particle observations, and our knowledge of solar wind shocks, it is inferred that the bulk velocity of the solar wind must have also dropped suddenly when Voyager 1 crossed the TS. Unfortunately the plasma detector on Voyager 1 failed early in the mission, so it is impossible to get a direct measurement of the decrease in velocity. Voyager 2 is, however, approaching the termination shock and it continues to provide accurate plasma velocity measurements. It is hoped, and highly likely, that Voyager 2 will soon make the first direct measurements of the flows in the heliosheath.

The Voyager in situ measurements are known at one specific location and time. Though Voyager 1 has recorded the first measurement of the TS and heliosheath properties, single-point measurements do not give a global understanding of the system. Because IBEX provides global maps of the interstellar interaction, IBEX observations are highly complimentary to, and synergistic with, the detailed single direction measurements provided by the Voyager satellites.
http://www.ibex.swri.edu/mission/index.shtml

专业词汇译的很痛苦，特别是compressive turbulence未查到中文，望高手指正。

科学战略（原文：http://www.ibex.swri.edu/mission/strategy.shtml）
问题
IBEX计划唯一的、主要的科学目标是探测太阳风和星际介质的整体相互作用。IBEX计划通过获得一系列在所有方向上的高能中性原子图像来达到这一目标，并回答下述四个基本的科学问题：

• 终端激波的整体强度和结构如何？
• 终端激波中的高能质子是如何加速的？
• 终端激波外和heliotail中，太阳风的整体性质如何？
• 太阳风层顶（heliopause）外，日球层（heliophere）和星际风是如何相互作用的？

日球层
IBEX测量主要在内太阳风鞘（heliosheath）通过太阳风质子、 pickup protons、高能质子产生的氢ENAs。左侧图片显示了这些区域和我们日球层的边界：

• 终端激波：太阳风由超音速降为亚音速的地方。
• 氢墙（Hydrogen Wall）: 接近外太阳风鞘前端的地方，那里星际离子因向太阳风层顶偏转而速度放慢、温度升高、并且发生堆积。这里大量的星级氢原子和堆积的质子相互交换，产生一个类似的氢原子堆积。
• 太阳风层顶（Heliopause）：亚音速太阳风（内太阳风鞘）和减缓的、升温的、转向的星际风（外太阳风鞘）的分界线。
• 弓形激波（Bow shock or wave）：稳态星际风和减缓的、升温的、转向的星际风的分界线。

测量方法（原文：http://www.ibex.swri.edu/mission/measurements.shtml）
整体ENA图像

在终端激波中各种相互作用的图像中，如激波三维结构的方向信息和激波中离子的能力区分的详细能谱，整体ENA图像可以很方便地加以辨认（问题I）。溯流和顺流的区别以及整体图像中更为精细的不对称结构使对终端激波外的太阳风流型的分析成为可能（问题III）。

ENA能谱

ENA能谱是终端激波外（科学问题2）对太阳风、pickup ions（科学问题1和3）、高能质子的直接测量。大约1 keV，这些能谱提供高能粒子如何强行改变终端激波以及该处粒子射入轨道类型的信息(科学问题1)。 曲线图：日球层前端对于强（黑色）和弱（绿色）终端激波附近的ENA类型预测[Gruntman et al., 2001]。能量大于1 keV的ENA可以加速内太阳风鞘的质子based on projecting observed distributions beyond Termination Shock. (科学问题1、2、3)

星际中性氧

对渗入的星际中性氧的测量可以提供关于终端激波内部的星际氧的速度、方向、温度等信息，还可以提供太阳风层顶外很远处的星际相互作用信息(问题IV)。

什么是星际介质？
原文：http://www.ibex.swri.edu/students/What_is_the_interstellar.shtml
外太空并不是空无一物。星际介质(ISM)是存在于我们银河系恒星间的物质。ISM主要由氢和氦气体云组成，其余部分主要是碳等较重的元素。尘埃大约占ISM的1%。

太空中有些地方ISM的密度并不大，但是它仍然比其他区域的密度大的多。然而，即使是ISM密度最大的区域，它的密度也要比地球大气的密度小1014 (100,000,000,000,000 or 100 trillion)倍。ISM的密度范围从每立方厘米0.003个分子，这是在热的被离子化的气体区域，或者说是等离子，到每立方厘米至少100,000个分子，这是在恒星形成的区域。平均来说，每立方千米只有1,000个尘埃微粒！关于ISM组成的更详细资料，请访问：cse.ssl.berkeley.edu/chips_epo/EducationBrief/CHIPS-Educational_Brief.htm.

ISM中的恒星形成区域的密度足够大，以使引力可以将气体和尘埃吸引到一起，形成紧密的、热的气体球。这些原恒星最终会演化到密度足够大，并且足够热，以能够引起热核反应，然后恒星便诞生了。

虽然恒星不是生命，但它们有生命周期。它们在ISM中诞生、生长、然后死亡。有些恒星以爆炸的形式死亡，这被称为超新星。当它爆发后，超新星喷发的物质会进入ISM再次循环。

爆发恒星不断地向ISM补充它们的物质。这带来是引力将ISM物质吸引到一起形成更多的恒星。

什么是弓形激波或弓形波？
原文：http://www.ibex.swri.edu/students/What_is_the_bow.shtml
当太阳在星际介质中穿行时，弓形激波形成于日球层前。弓形波和船航行时船头发生的现象类似，而弓形激波和超音速喷气飞机前面形成的激波类似。

如果太阳在星际介质中的运动速度比声音快，就会产生弓形激波。否则，如果太阳运动的没那么快，会产生弓形波。

什么是太阳风层顶？
原文：http://www.ibex.swri.edu/students/What_is_the_heliopause.shtml
太阳风层顶是太阳风和星际介质间的边界。太阳风在星际介质中吹出一个“泡泡”，即所谓的日球层。这个“泡泡”的外边界是太阳风的力量不再足够强，无法将星际介质推开的地方。那里被认为是太阳风层顶，而且一般被认为是太阳系的外边界。终端激波和日球层之间的区域被称为太阳风鞘。

什么是终端激波？
原文：http://www.ibex.swri.edu/students/What_is_the_termination.shtml
终端激波是形成太阳影响力外极限的边界，也是太阳系的一个边界。这是太阳风粒子的泡泡减速以使太阳风粒子的速度变为比声速慢的地方。当太阳风粒子开始挤入星际介质时，它们的速度变慢。太阳风由等离子体组成，所以当它减速时，就会发生各种转变。太阳风等离子体会被挤在一起，或者说被压缩，就像很多人挤在一个小房间里。当它被压缩时，它还会变热，就像当你使劲向轮胎中打气时，手中的气泵会变热一样。另外，太阳风是太阳风磁场一小部分的来源，这时候在终端激波磁场会增强，并且变得扭曲。对终端激波的距离，我们只有次直接测量。这两次测量分别由旅行者一号和旅行者二号完成。旅行者一号在94天文单位（AU）处穿过终端激波，旅行者二号在84天文单位处穿过。

虽然星际介质的密度很低，它仍然具有一定的压力（想想大气压）。太阳风也具有一个较强的向外压力。在距太阳比较近的地方，太阳风的压力比较大，可以轻易地将星际介质推离太阳。在距太阳足够远的地方，星际介质的压力会足够大从而可以使吹向星际空间的太阳风减速甚至停止。太阳风的速度降为亚声速的地方被称为终端激波。

当我们用水龙头将水喷向水槽时，会形成一个类似的激波。当水柱碰到水槽底部，流水以相对更快的速度散开，形成一个很薄的快速向外运动的水盘，就像终端激波内的太阳风。在水盘边界周围，形成一个波前或者说水墙；在波前以外，水流速度相对慢下来，就像终端激波外的太阳风。但还要明白，水波只是2维的，或者说是平面波。而我们太阳系的边界是3维的，像一个球。

什么是IBEX?
原文：http://www.ibex.swri.edu/students/What_is_IBEX.shtml
IBEX是NASA计划的用于绘制太阳系边界图像的小型探测器。IBEX是星际边界探测者（Interstellar Boundary EXplorer）的英文首字母缩写（不知道后面的X指啥.译者）。可以点击这里观看关于IBEX的视频简介。

IBEX太空船是一个只有公交车轮胎大小的小型人造卫星。IBEX会在环绕地球的轨道上探测太阳系边界。它携带的“望远镜”会指向太阳系的边缘处。然而，这些望远镜和一般的望远镜是不一样的，它们探测微观粒子而不是光信号。这些微观粒子即所谓的高能中性原子(energetic neutral atoms，ENAs)。高能中性原子从冥王星轨道外传播到地球，可以提供关于太阳系边界的信息。这些粒子在路上所话时间从少至一个月到11年不等。通过探测这些粒子，科学家可以为我们太阳系边界绘制第一幅地图。这个边界是通过太阳风和星际介质之间的相互作用形成的。太阳风吹向太空，并且在太阳系周围形成被成为日球层（heliosphere，微绕太阳的一个区域，这里太阳风可以抵抗星际介质）的保护层。

IBEX如何研究太阳系的边界？
原文：http://www.ibex.swri.edu/students/How_does_IBEX_study.shtml
和其他人造卫星探测光信号不同，IBEX探测微观粒子。这些粒子来自太阳系边界，以及星际介质（interstellar medium，在恒星间产生的所有气体和尘埃）。IBEX在环绕地球轨道上利用携带的两个传感器来探测粒子。卫星在绕轨道运行的同时自转，以使每六个月、每个传感器都有机会收集空间所有方向上的粒子。在它们收集粒子的同时，传感器和太空船都会记录粒子的来源、粒子被探测到的时间、粒子的质量、以及每个粒子具有的能量。这些可以使科学家们建立关于在空间每个方向上、具有各种能量的粒子有多少的图像。

通过分析所获得的图像，科学家团队可以确定在太阳系周围的保护泡的所有区域，太阳风和星际介质的相互作用是怎样的。例如，科学家正试着确定是否有一些区域，那里（如急刹车时的撞击）星际介质以比其他区域（那里太阳风速度被缓慢地阻止）更快的速度阻止太阳风向外运动。另外，科学家还在试着确定泡泡的整体结构，这可能被不同的密度（单位空间体积所包含的质量或粒子数）和磁场所影响。

IBEX如何进入太空？
原文：http://www.ibex.swri.edu/students/How_will_IBEX_get.shtml
IBEX将在2008开始它进入太空的旅程，届时它将在马歇尔群岛的夸贾林岛发射升空。一架叫做L-1011的飞机会将飞马火箭（Pegasus rocket）送入高空，然后飞马火箭点燃自身动力将IBEX探测器送入太空。IBEX卫星会被送入到5/6日月距离处的轨道。这个轨道非常高，以便使卫星在大部分时间里处于地球磁层外，因为地球磁层会干扰探测。即使有如此高的轨道，它仍然和它要探测的太阳系边界非常远。

IBEX如何传输数据
原文：http://www.ibex.swri.edu/students/How_will_IBEX_communicate.shtml
IBEX每5到8天绕轨道运行一周，具体时间取决于发射情况。对每一个轨道，都有一段时间探测器在地球磁层（环绕行星的一个区域，这里太阳风粒子被行星的磁场捕获）内。这时候是探测器和地球通讯的理想时间，因为和地球比较近，来回传输数据所需的能量比较少。探测器使用位于探测器外面的各种天线向地球发送，并接受来自地球的无线电信号。因为地球的自转，IBEX项目组需要建立全球的信号站网络，以使不管卫星和地球的相对位置如何，都会有一个可用的信号站可以接收信号。IBEX建立了和环球太空网络（Universal Space Network）的合作关系，它用于协调从各个任务、卫星接收数据。IBEX不会比月球更远离地球，所以信号在探测器和地球间传播的时间不会多于1秒。

然而，IBEX数据传输的频率比其他望远镜低，原因来自它所收集的数据性质。IBEX不需要进行“高频率”联络，因为它在每分钟仅有一定的概率会探测到少许粒子。卫星到地面的信号传输速率比一个典型的家用调制解调器电缆（320,000比特每秒）慢20倍，而地面到卫星的信号传输速率只有2000比特每秒，慢250倍！信号接收站接收到信号后，会马上将信号通过因特网传输到位于弗吉尼亚州Dulles的IBEX计划控制中心，以及位于德克萨斯州圣安东尼奥市的IBEX科学实施中心。

太阳系边界的定义是什么？
原文：http://www.ibex.swri.edu/students/What_defines_the_boundary.shtml
当我们说某个事物有一个边缘或边界时，我们指的是什么呢？一些东西，如桌子或者足球场有明确的边缘或边界。其他物体，如城市及市镇，它们的边界不是很明显。很难说它们在何处终止而另一物体开始。在这方面，和桌子或足球场相比，太阳系和城市有更多的相似之处。

我们可以说太阳系延伸到太阳的影响范围。这可以指太阳光，或者太阳的引力，或者太阳的磁场以及太阳风。

太阳光的影响范围可以作为一个好的办法来描述太阳系的延伸范围吗？当我们远离太阳，太阳光会逐渐变暗，但是并没有这样一个地方，那里太阳光终止或者突然变暗。那么引力呢？和太阳光类似，太阳引力的影响无限地延伸，虽然在距太阳很远的地方它变的很弱。并没有一个太阳引力降至零的地方。天文学家们仍然不断在冥王星边界外的外太阳系发现新的天体。

太阳风和太阳光或引力不同。当它从太阳涌出以后，向恒星间的空间运动。我们原以为是“空无一物”的空间实际上包含着微量的气体和尘埃。太阳风和这些物质抗衡，并清出一个泡泡——如同这一气体中的一个区域。这个微绕太阳和太阳系的泡泡被称为日球层（heliosphere）。当然，这个泡泡和肥皂泡是不同的，更像我们在冬天寒冷天气中呼吸形成的朦胧云雾。科学家相信日球层的最近部分大约距太阳90天文单位，大约为冥王星到太阳距离的3倍。

日球层是太阳系边界的一种定义。


太阳系边界对我们有什么影响？
原文：http://www.ibex.swri.edu/students/How_does_the_Solar.shtml
太阳系边界可能会被定义为太阳风减速并和星际介质相互作用的区域。

如果太阳系没有边界，或者太阳系边界的范围改变并且它在地球的轨道以内，那么太阳系中的宇宙线将会是现在的4倍。幸运的是，地球的磁场能够保护我们不受来自太阳系外的宇宙线中的一部分的伤害。然而，如果进入太阳系的宇宙线显著增强，那么到达地球表明的高能宇宙线数量将会发生改变。地球的臭氧层会收到破坏，而且宇宙线可以破坏DNA并使它发生变异。

太阳风和星际介质交汇后发生了什么？
原文：http://www.ibex.swri.edu/students/What_happens_when_the.shtml
尽管星际介质的密度很低，但它仍然具有一定的压力（类似大气压力）。太阳风也有一定的压力。在距太阳比较近的地方，太阳风的压力比较大，可以轻易地将星际介质推离太阳。在距太阳足够远的地方，星际介质的压力会足够大从而可以使吹向星际空间的太阳风减速甚至停止。太阳系边界内的整个区域或泡泡被称为日球层。太阳风减速并且开始和星际介质相互作用的地方被称为太阳风鞘（heliosheath）。太阳风鞘有下述几个部分：终端激波（边界的最靠内部分），太阳风层顶（边界的最靠外部分）以及外边界和内边界之间的区域。

因为太阳相对于其周围的星际介质运动着，日球层在星际介质中形成一个波，如同海中的船一样。这就是所谓的弓形激波。

positron辛苦啦，佩服佩服~~文章里都是专业名词，我看中文就觉得晕了~~~~~期待后面的~~~

What defines the boundary of the Solar System?
翻译中……

What is the termination shock?
翻译中……

占几个楼，翻译内容慢慢补上。
也欢迎其他同好认领翻译，http://www.ibex.swri.edu.sixxs.org/students/index.shtml，"
students"和"mission"项中的内容。

好长，大工程，电子辛苦了。。。

PS:最前面三张图链接似乎有问题，这边看不到。

看不到前三张图啊，期待翻译完毕

11# evangelion0t

感觉是http://www.ibex.swri.edu.sixxs.org/网站的问题，我这边完全无法访问这个网站的任何东西。。。

文章内容中间插的图是从那个网站上直接拷过来的，因为我是用ipv6访问的，你们电脑没装ipv6协议的话可能会出问题，反正我这边能正常显示。不过，这3个图和后面附件的3个图是一样的，顺序也一样。

13# positron

明白咋回事了。好像装了ipv6网址后面会多出来.sixxs.org? 去掉就能正常访问了。

更新翻译顶一下。

porsitron又完成一部分啦~~~~等待你全部翻完哈~

更新，5L，再顶。

继续期待~~~

真好!! 太棒了!!

positron的速度好快啊~~一眨眼又填了几楼了~~~我还欠了一屁股债没还了