王 赤，李 暉，郭孝城，徐欣峰

（1.中國科學(xué)院 國家空間科學(xué)中心 空間天氣學(xué)國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，北京 100190；2.中國科學(xué)院大學(xué) 北京 100049；3.中國科學(xué)院 國家空間科學(xué)中心 月球與深空探測(cè)總體部，北京 100190）

引 言

太陽外層大氣的溫度高達(dá)106℃，所有的氣體均已電離成為可自由運(yùn)動(dòng)的帶電粒子。由于受到高溫產(chǎn)生的壓力梯度的作用，這些帶電粒子能夠擺脫太陽的引力而不斷向外膨脹，形成太陽風(fēng)。在地球軌道附近，太陽風(fēng)的典型參數(shù)約為速度約450 km/s、數(shù)密度7 /cm3、磁場(chǎng)強(qiáng)度7 nT[1]。理論預(yù)言，太陽風(fēng)可以影響到距太陽80～150 AU（太陽到地球的平均距離，約1.5億km）的空間區(qū)域[2]。太陽風(fēng)控制的區(qū)域稱為日球?qū)?，本文討論的太陽系邊際指的就是日球?qū)舆吘?，一般包括日球?qū)禹?、日球?qū)忧屎徒K止激波。太陽風(fēng)與星際介質(zhì)間的壓力平衡結(jié)構(gòu)被稱為日球?qū)禹?，?gòu)成太陽風(fēng)和星際等離子體的交界面。超聲速的太陽風(fēng)在接近日球?qū)禹敃r(shí)開始減速，并在其內(nèi)側(cè)形成一個(gè)終止激波。日球?qū)禹斉c終止激波之間的區(qū)域被稱為日球?qū)忧蔥3]。

自衛(wèi)星時(shí)代以來，人類就孜孜不倦地開始了日球?qū)犹剿鞯穆L(zhǎng)之旅。借助美國國家航空航天局（National Aeromautics and Space Adiministration，NASA）發(fā)射的一些飛船計(jì)劃，人類也取得了一系列令人振奮的是“旅行者1號(hào)”（Voyager 1）和“旅行者2號(hào)”（Voyager 2）飛船相繼穿過太陽系邊際進(jìn)入星際空間，以及星際邊界探測(cè)器（Interstellar Boundary EXplorer，IBEX）和“卡西尼號(hào)”（Cassini）飛船對(duì)日球?qū)舆吘壞芰恐行栽拥某上裼^測(cè)，對(duì)太陽系邊際乃至星際空間的探索研究正逐漸成為國際空間物理研究的前沿?zé)狳c(diǎn)，受到高度關(guān)注。

1 國內(nèi)外研究進(jìn)展

自1957年人類進(jìn)入空間探測(cè)新紀(jì)元以來，大量航天器進(jìn)入空間軌道，極大地拓展了人類對(duì)空間的認(rèn)知范圍。盡管絕大多數(shù)衛(wèi)星計(jì)劃都是集中于幾個(gè)AU以內(nèi)的內(nèi)日球?qū)犹綔y(cè)，少數(shù)飛船計(jì)劃還是在完成其設(shè)計(jì)任務(wù)之后，踏上了星際探索的征程。

“先驅(qū)者10號(hào)”（Pioneer 10）和“先驅(qū)者11號(hào)”（Pioneer 11）是美國開展的第一次日球?qū)涌臻g探測(cè)任務(wù)，分別于1972年3月和1973年4月發(fā)射升空，其設(shè)計(jì)任務(wù)是飛臨主帶小行星、木星和土星。實(shí)現(xiàn)了對(duì)木星、土星等天體的首次飛越探測(cè)之后[4-5]，“先驅(qū)者10號(hào)”和“先驅(qū)者11號(hào)”分別于2003年1月（約80 AU）和1995年9月（約43 AU）與地面無線電通信中斷。

“旅行者1號(hào)”和“旅行者2號(hào)”分別于1977年9月和1977年8月發(fā)射升空，其設(shè)計(jì)任務(wù)也是飛臨太陽系的行星系統(tǒng)。現(xiàn)在他們都已經(jīng)穿過太陽系邊際進(jìn)入臨近星際空間[6-10]，在位于147.5 AU和122.3 AU之遙的星際空間開始探測(cè)?！奥眯姓咛?hào)”不僅完成了對(duì)外太陽系行星（木星、土星、天王星、海王星及其衛(wèi)星等）的探測(cè)，而且為宇宙射線、太陽風(fēng)與恒星際物質(zhì)相互作用的研究提供了第一手就位觀測(cè)數(shù)據(jù)。由于“旅行者1號(hào)”和“旅行者2號(hào)”缺乏對(duì)太陽風(fēng)拾起粒子、太陽系邊際的低強(qiáng)度磁場(chǎng)、宇宙塵埃和星際中性成分的探測(cè)手段，再加上因電力供應(yīng)不足而關(guān)閉了一些探測(cè)設(shè)備，無法獲得太陽系邊際和星際空間的一些重要物理參量。

2006年1月，“新視野號(hào)”（New Horizons）發(fā)射升空，旨在對(duì)冥王星、冥衛(wèi)一等柯伊伯帶天體進(jìn)行探測(cè)。目前，“新視野號(hào)”現(xiàn)在距離太陽約45.9 AU，正以每年3.5 AU的速度飛向冥王星，預(yù)計(jì)將于2038年飛臨日球?qū)舆吘墶！靶乱曇疤?hào)”搭載了7種科學(xué)儀器：可見光和紅外成像/光譜儀、紫外成像光譜儀、遠(yuǎn)程勘測(cè)成像儀、太陽風(fēng)和等離子體光譜儀、高能粒子譜儀、塵埃計(jì)數(shù)器和無線電科學(xué)設(shè)備[11]。由于攜帶的大多都是一些成像設(shè)備，并且缺少磁場(chǎng)探測(cè)手段，“新視野號(hào)”不適合專門的太陽系邊際和星際空間環(huán)境探測(cè)。

除就位探測(cè)外，科學(xué)家還利用地球附近的衛(wèi)星開展遙感探測(cè)。2008年10月，NASA發(fā)射了星際邊界探測(cè)器IBEX，利用搭載的兩臺(tái)高能中性原子成像儀，IBEXHi和IBEX-Lo探測(cè)來自太陽系邊際的高能中性原子以及星際中性原子，從而繪制太陽系邊際的完整影像[12-13]。同樣地，由于軌道設(shè)計(jì)以及有效載荷配置的限制，IBEX無法對(duì)外日球?qū)雍托请H空間進(jìn)行綜合性就位探測(cè)。

當(dāng)然，經(jīng)過星際任務(wù)擴(kuò)展的飛船計(jì)劃存在自身的局限性。迫切需要一個(gè)專門設(shè)計(jì)的外日球?qū)雍秃阈请H飛船計(jì)劃，從而對(duì)太陽系邊際和星際空間環(huán)境有一個(gè)更加全面和正確的認(rèn)識(shí)。美國發(fā)布的《2014—2033年日球物理路線圖》把太陽系邊際探測(cè)作為高優(yōu)先任務(wù)之一[14]。NASA、歐洲航天局（European Space Agency，ESA）也開展了新一輪的概念研究，并積極推進(jìn)類似探測(cè)任務(wù)的實(shí)施。2009年，Wimmer-Schweingruber等提出了一個(gè)聯(lián)合了17個(gè)國家的國際合作項(xiàng)目—星際日球?qū)禹斕结?日球?qū)舆吔缣剿饔?jì)劃（Interstellar Heliopause Probe/Heliospheric Boundary Explorer，IHP/HEX）[15]，計(jì)劃利用太陽帆連同引力輔助推進(jìn)技術(shù)，使得衛(wèi)星在25年內(nèi)到達(dá)日球?qū)舆吘墶?019年，Mcnutt等進(jìn)一步深化了星際探針（Interstellar Probe）的衛(wèi)星概念，并提出了近期的實(shí)施步驟和技術(shù)要求[16]。

我國月球和深空探測(cè)工程順利實(shí)施以來，相關(guān)部門也開展了研究工作。2015年，中國科學(xué)院空間科學(xué)戰(zhàn)略性先導(dǎo)科技專項(xiàng)空間科學(xué)預(yù)先研究項(xiàng)目（第三批）啟動(dòng)了“星際快車（Interstellar Express）—‘神梭’探測(cè)計(jì)劃初步方案研究”；中國國家航天局也啟動(dòng)了太陽系邊際探測(cè)計(jì)劃的前期預(yù)先研究項(xiàng)目。2017年，中國工程院在咨詢研究項(xiàng)目中支持了相關(guān)課題研究。2019年，民用航天“十三五”技術(shù)預(yù)先研究第三批項(xiàng)目也支持了“外日球?qū)涌臻g探測(cè)系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)研究”。

我國科學(xué)家們也借助各種平臺(tái)，開展由中國發(fā)起，美、歐、俄等國廣泛參與的國際日球?qū)犹綔y(cè)會(huì)議，深化論證科學(xué)目標(biāo)和任務(wù)的頂層設(shè)計(jì)，并圍繞科學(xué)目標(biāo)論證與有效載荷研制等方面積極開展國際合作。2018年10月，以“太陽系邊際探測(cè)的前沿關(guān)鍵問題”為主題的第639次香山科學(xué)會(huì)議學(xué)術(shù)討論會(huì)在北京成功召開。2019年11月，以“外日球?qū)雍团R近星際空間探測(cè)”為主題的ISSI-BJ國際論壇在北京成功召開。

總的來說，太陽系邊際是未來深空探測(cè)的重要方向之一，將是繼月球、火星及系內(nèi)其他天體之后，人類認(rèn)識(shí)宇宙的新窗口?？茖W(xué)驅(qū)動(dòng)是太陽系邊際探測(cè)的源動(dòng)力，將實(shí)現(xiàn)從行星飛掠之后的“自由探索”到進(jìn)軍星際空間的“有的放矢”轉(zhuǎn)變[17]。

2 前沿科學(xué)問題

盡管現(xiàn)有的飛船計(jì)劃極大地拓展了人類對(duì)太陽系天體、外日球?qū)印⑻栂颠呺H的認(rèn)識(shí)，仍有一些科學(xué)謎團(tuán)和奧秘有待解開。

2.1 日球?qū)觿?dòng)力學(xué)和結(jié)構(gòu)特性

1）太陽風(fēng)在日球空間的減速與加熱

太陽風(fēng)等離子體與星際中性原子發(fā)生電荷交換，中性原子失去電子被太陽風(fēng)磁場(chǎng)裹挾著前進(jìn)并與原太陽風(fēng)相互作用，稱為拾起過程。“旅行者號(hào)”的觀測(cè)數(shù)據(jù)證實(shí)太陽風(fēng)在外日球空間傳播過程中會(huì)不斷的減速，并且其溫度的衰減要慢于絕熱過程的溫度變化，觀測(cè)結(jié)果如圖1所示，暗示其中發(fā)生著加熱過程。目前，阿爾芬湍動(dòng)的非線性串級(jí)過程以及太陽風(fēng)對(duì)中性粒子的拾起過程被認(rèn)為是引起加熱的主要原因。通過對(duì)拾起離子的徑向分布和效應(yīng)的深入觀測(cè)和研究，對(duì)理解太陽風(fēng)的動(dòng)力學(xué)演化非常重要。

2）異常宇宙線的起源和加速機(jī)制

終止激波在很長(zhǎng)一段時(shí)間內(nèi)都被認(rèn)為是異常宇宙線獲得加速的源區(qū)。然而，“旅行者1號(hào)”和“旅行者2號(hào)”的觀測(cè)并沒有找到類似的證據(jù)。觀測(cè)顯示，異常宇宙線的強(qiáng)度在鞘區(qū)中還不斷增加，如圖2所示。當(dāng)“旅行者1號(hào)”穿越日球?qū)禹斠院?，異常宇宙線則突然消失，這表明鞘區(qū)是異常宇宙的源區(qū)。數(shù)值模擬雖然對(duì)于理解異常宇宙線的產(chǎn)生機(jī)制有所助益，但具體情況仍期待觀測(cè)證實(shí)。為確認(rèn)異常宇宙線的產(chǎn)生機(jī)制和具體源區(qū)，還需要進(jìn)一步的就位觀測(cè)。

圖1 “旅行者2號(hào)”太陽風(fēng)觀測(cè)結(jié)果Fig.1 Solar wind observations of Voyager 2

圖2 “旅行者1號(hào)”在鞘區(qū)觀測(cè)到異常宇宙線[20]Fig.2 The gradual increase of anormalous cosmic rays observed by Voyager 1 in the heliosheath[20]

3）終止激波特性

2007年8月，“旅行者2號(hào)”在距離太陽約84 AU處對(duì)終止激波進(jìn)行了就位直接觀測(cè)。通過對(duì)探測(cè)數(shù)據(jù)的詳細(xì)分析發(fā)現(xiàn)：①一般而言，激波會(huì)將超聲速的流體變?yōu)閬喡曀?，而終止激波的下游仍是超聲速的；②穿越終止激波后，80%～90%的上游能量轉(zhuǎn)化成拾起離子（Pickup ions）的能量并且沒有被“旅行者2號(hào)”探測(cè)到，下游等離子體溫度不及理論預(yù)期值的1/10，如圖3所示。通過對(duì)拾起離子的就位探測(cè)，能夠揭示終止激波的真實(shí)特性。

圖3 “旅行者2號(hào)”終止激波特性Fig.3 The characteristic of Voyager 2 termination shock

4）日球?qū)游矃^(qū)

傳統(tǒng)理論認(rèn)為，日球?qū)拥恼w結(jié)構(gòu)類似于地球磁層的水滴狀。IBEX的遙測(cè)結(jié)果也表明日球?qū)游膊靠梢匝由熘梁荛L(zhǎng)的空間[22]，然而“旅行者號(hào)”和“卡西尼號(hào)”的觀測(cè)結(jié)果（如圖4所示）表明日球?qū)涌赡芨鼒A[23]。目前人類的探測(cè)器還從未到達(dá)過日球?qū)游矃^(qū)，通過就位探測(cè)可確定日球?qū)游膊繕?gòu)造，并通過比較恒星學(xué)的方式了解太陽的演化階段。

圖4 日球?qū)诱w結(jié)構(gòu)Fig.4 The whole structure of heliosphere

5）弓激波

傳統(tǒng)理論認(rèn)為，太陽風(fēng)與星際介質(zhì)相互作用會(huì)形成類似于地球磁層外的弓激波結(jié)構(gòu)。最近“旅行者號(hào)”的一些觀測(cè)結(jié)果表明：日球?qū)油獠康牧鲃?dòng)并非是超聲速的，所以推測(cè)也許只有波動(dòng)結(jié)構(gòu)，形成不了激波結(jié)構(gòu)[24]，日球?qū)油饪赡艿慕Y(jié)構(gòu)如圖5所示。通過日球?qū)颖羌猓∟ose）區(qū)的就位觀測(cè)，可以確認(rèn)弓激波的存在性，進(jìn)一步了解日球?qū)优c星際介質(zhì)的相關(guān)作用。

6）日球?qū)舆吔绲膭?dòng)態(tài)變化與不穩(wěn)定性

隨著外日球?qū)訑?shù)值模式的逐步完善，外日球?qū)娱g斷面結(jié)構(gòu)的預(yù)測(cè)和分析取得了重要進(jìn)展。日球?qū)舆吘壘嚯x太陽約為80～150 AU，受太陽風(fēng)動(dòng)壓的調(diào)制[2]，其中日球?qū)禹敽徒K止激波對(duì)長(zhǎng)周期（11 a）和短周期（180 d）的太陽風(fēng)動(dòng)壓變化均存在明顯響應(yīng)[25]，如圖6所示。此外，學(xué)者也逐漸認(rèn)識(shí)到Rayleigh-Taylor（RT）和K[24]elvin-Helmholtz（KH）不穩(wěn)定性分別在日球?qū)舆吔绲谋羌鈪^(qū)[26-27]和側(cè)翼區(qū)[2，25，28-29]更容易發(fā)生，并顯著影響日球?qū)舆吔绲奶匦?。由于日球?qū)舆吔绺浇嬖趶?fù)雜的電荷交換過程，同時(shí)太陽風(fēng)條件也不停的變化，日球?qū)舆吔绲膭?dòng)態(tài)變化特性和相應(yīng)的RT和KH不穩(wěn)定性發(fā)展會(huì)變得十分復(fù)雜。

圖5 日球?qū)油饪赡軟]有弓激波結(jié)構(gòu)[24]Fig.5 Bow shock may not exist outside of the heliosphere[24]

7）中性原子墻

傳統(tǒng)理論認(rèn)為，在日球?qū)禹斖鈺?huì)堆積形成一個(gè)中性原子墻[30]，如圖7所示，但目前對(duì)此還缺乏就位探測(cè)，對(duì)其形成機(jī)制、厚度及空間分布、成分、密度及溫度剖面、各項(xiàng)同性還是異性、太陽活動(dòng)有無影響還所知甚少。

圖6 外日球?qū)娱g斷面結(jié)構(gòu)Fig.6 Discontinuous surface structure of the outer heliosphere

圖7 中性原子墻的形成機(jī)制及分布[25]Fig.7 The formation mechanism and distribution of the hydrogen wall[25]

8）能量中性原子“飄帶”（ribbon）

來自太陽系邊際甚至星際空間的中性原子由于不受磁場(chǎng)直接作用，在未與等離子體離子電荷交換的情況下能夠直接進(jìn)入到內(nèi)日球?qū)硬⒈挥^測(cè)到。比如地球軌道附近的IBEX能夠?qū)eV級(jí)別的能量中性原子進(jìn)行全空間成像[31]，結(jié)果如圖8所示。觀測(cè)表明能段在1 keV左右的能量中性原子在全空間存在一明亮飄帶狀（ribbon）分布結(jié)構(gòu)，該結(jié)構(gòu)未被之前的理論所預(yù)測(cè)[12]，其源區(qū)的具體位置尚有爭(zhēng)議。目前的主流觀點(diǎn)認(rèn)為，往外徑向運(yùn)動(dòng)的太陽風(fēng)離子在與星際中性原子電荷交換后成為原子運(yùn)動(dòng)出日球?qū)禹?，進(jìn)入外日球?qū)忧蕝^(qū)后與星際等離子體離子電荷交換形成星際拾起離子，之后再次與星際中性原子電荷交換，其中部分生成的能量中性原子返回日球?qū)觾?nèi)部并在地球軌道附近被IBEX所觀測(cè)[32]。理論上在星際空間產(chǎn)生的星際拾起離子在重新電荷交換形成能量中性原子之前存在一定的問題，在速度相空間上可能無法形成穩(wěn)定結(jié)構(gòu)[33]。因此對(duì)能量中性原子形成的ribbon結(jié)構(gòu)和來源的解釋有待觀測(cè)上的進(jìn)一步深入驗(yàn)證。

2.2 臨近星際空間環(huán)境特性

1）星際介質(zhì)特性

利用一些遙測(cè)反演的方法，已發(fā)現(xiàn)日球?qū)舆呺H的星際H、He和O的豐度分布并不重合，且不同環(huán)境下的Ne/O比也不相同，具體如圖9所示。迄今為止，人類還沒有過對(duì)星際介質(zhì)進(jìn)行就位探測(cè)，其真實(shí)的特性（如豐度、同位素比例、離化率、塵埃/氣體比例、加熱機(jī)制等）還有待專門的探測(cè)任務(wù)來獲得。

圖8 IBEX觀測(cè)到的1.1 keV能量中性原子的全天分布，圖中可見明亮的飄帶結(jié)構(gòu)Fig.8 The all-sky distribution of 1.1 keV energetic neutral atoms observed by IBEX showing the existence of a bright ribbon

圖9 星際介質(zhì)性質(zhì)特性Fig.9 Characteristics of the interstellar neutrals

2）星際磁場(chǎng)

目前，“旅行者2號(hào)”已經(jīng)進(jìn)入星際空間，對(duì)星際磁場(chǎng)也取得了一些就位探測(cè)，如圖10所示。然而，“旅行者號(hào)”的磁場(chǎng)探測(cè)誤差與觀測(cè)量相當(dāng)，得到的一些探測(cè)結(jié)果還存在很大的不確定性，需要更高精度的就位探測(cè)以獲得其方向、強(qiáng)度、變化特性以及湍動(dòng)特征等。

注：2000年觀測(cè)數(shù)據(jù)圖 10 星際介質(zhì)磁場(chǎng)特性[34]Fig.10 The profiles of interstellar magnetic field[34]

3）星際風(fēng)和星際塵云

結(jié)合前期的一些衛(wèi)星觀測(cè)，推斷星際風(fēng)方向會(huì)逐年變化[35]，如圖11所示，這也預(yù)示著星際環(huán)境的不斷變化，但其速度、方向以及變化特性還有待進(jìn)一步就位探測(cè)予以確定。星際空間充滿了星際塵云，其成分、豐度、密度、溫度等亟待就位觀測(cè)來揭開其神秘面紗。

圖11 日球?qū)痈浇男窃艶ig.11 The variation of the directions of the interstellar wind

2.3 太陽系天體

1）冰巨星及其衛(wèi)星系統(tǒng)的特性

自1984年“旅行者號(hào)”發(fā)現(xiàn)海王星的環(huán)系統(tǒng)以來，其結(jié)構(gòu)和來源一直有很多未解之謎，急需新的近距離觀察。此外，海衛(wèi)一（Triton）的狀態(tài)也十分特殊，這個(gè)質(zhì)量稍小于冥王星的巨大逆行公轉(zhuǎn)衛(wèi)星，其體積及表面成分都和冥王星相似，自轉(zhuǎn)軸與黃道面夾角幾乎平行，所以來源很可能同屬于在海王星軌道外物體的矮行星。海衛(wèi)一還是太陽系內(nèi)具有冰火山現(xiàn)象的4個(gè)天體之一。通過近距離的飛掠探測(cè)和釋放穿刺探測(cè)器，對(duì)海王星及其衛(wèi)星進(jìn)行原位探測(cè)將首次獲得大氣剖面上成分、同位素變化特征、大氣運(yùn)動(dòng)過程等信息，為研究太陽系形成演化、冰巨星的成因、冰巨星大氣過程、行星宜居性等重要科學(xué)問題提供依據(jù)。

2）半人馬族小行星

1992年發(fā)現(xiàn)第一個(gè)海王星外物體（Trans-Neptunian Objects，TNOs）之后，對(duì)太陽系的來源和演化有了革命性的認(rèn)識(shí)。半人馬族小行星是一類非常有趣的太陽系小天體，這些在外太陽系的小物體是45億年前太陽系形成時(shí)留下來的最原始建構(gòu)模塊，也是宇宙中的外星系統(tǒng)必有的冰質(zhì)小星體系統(tǒng)，其起源、物理性質(zhì)、軌道特性、噴氣的成分及損失速度等都是非常值得研究的問題。理論分析認(rèn)為半人馬族小行星具有冰環(huán)和牧羊衛(wèi)星[35]，通過近距離觀測(cè)，能夠進(jìn)一步了解其特性并促進(jìn)對(duì)于太陽系小天體形成和演化的認(rèn)識(shí)。

3）柯伊伯帶天體

柯伊伯帶天體幾乎是太陽系最早形成時(shí)所留下的遺跡，保留了太陽系最早的信息。目前大部分天文學(xué)家都相信柯伊伯帶是短周期彗星的誕生地，或許地球上的水和生命起源與這些天體有密切的關(guān)聯(lián)，因而有著非常重要的研究?jī)r(jià)值。在眾多的柯依伯帶天體中，創(chuàng)神星（Quaoar）是最令人感興趣的天體之一，一方面其軌道的黃道交角只有8°；另一方面與日球?qū)禹數(shù)腘ose區(qū)和中性原子“Ribbon”區(qū)域位于一條直線上，非常適合作為太陽系邊際探測(cè)過程中“邊走邊探”的任務(wù)。一些關(guān)鍵科學(xué)問題包括：物理特性及三維形態(tài)、甲烷斑塊的深度和覆蓋率等，冰火山口的成像、羽狀噴出物的光譜分析等。

4）行星際塵云之謎

行星際塵云是太陽系最原始的考古樣品，更能代表太陽星云的初始豐度和同位素特征，有助于揭示生命誕生的秘密和太陽系形成最初線索?，F(xiàn)有的一些零星探測(cè)不能覆蓋行星際塵云在整個(gè)內(nèi)太陽系的核心區(qū)域，值得進(jìn)一步的深入系統(tǒng)研究相關(guān)的一些科學(xué)問題，如：來源問題（小行星、柯伊伯帶天體、彗星等的活動(dòng)和碰撞，行星際物質(zhì)）；產(chǎn)生機(jī)制（連續(xù)碰撞級(jí)聯(lián)，彗星的物質(zhì)蒸發(fā)？）；成分、豐度及分布；與地外行星系統(tǒng)的差異。

2.4 其它

雖然愛因斯坦的廣義相對(duì)論已經(jīng)成為描述引力的標(biāo)準(zhǔn)模型并通過了太陽系的實(shí)驗(yàn)檢驗(yàn)，但其有效性還有待更多的實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證。針對(duì)太陽系邊際探測(cè)任務(wù)，可以利用多波段無線電通訊系統(tǒng)，開展以多普勒跟蹤以及測(cè)距觀測(cè)為基礎(chǔ)的引力實(shí)驗(yàn)[36]。

3 結(jié)束語

目前，國際太陽系探測(cè)呈現(xiàn)出“更近、更遠(yuǎn)”兩極發(fā)展趨勢(shì)，一是不斷逼近太陽，開展太陽大氣的就地探測(cè)；二是朝著遠(yuǎn)離太陽的未知空間開疆拓土。結(jié)合我國航天國情，實(shí)施至建國100周年、飛至距太陽100 AU（天文單位，1 AU = 1.5億km）以遠(yuǎn)的太陽系邊際探測(cè)任務(wù)，將在科學(xué)上揭示太陽系邊際結(jié)構(gòu)、星際介質(zhì)的特性以及二者的相互作用規(guī)律，探索太陽系天體的起源和演化；在工程技術(shù)上推動(dòng)空間核動(dòng)力、超遠(yuǎn)距離深空測(cè)控通信、深空自主技術(shù)等尖端技術(shù)的跨越式發(fā)展，構(gòu)建我國太陽系全域乃至臨近恒星際空間的到達(dá)能力，為2050年建成世界航天強(qiáng)國的邁出重要一步。

受深空推進(jìn)技術(shù)的制約，太陽系邊際探測(cè)計(jì)劃的實(shí)施一般需要25～30 a的時(shí)間。考慮到發(fā)射窗口的約束條件，建議國家盡快立項(xiàng)實(shí)施。