旅行者二號是如何穿過太陽系邊緣高溫的「太陽風頂層」的？

據分析這一層高達 31000 攝氏度。
問題出處：如何看待最近旅行者二號發回的數據顯示人類有可能飛不出太陽系？

首先這個「太陽風頂層」翻譯就非常奇怪…對應的英語單詞應該是Heliopause，正確的翻譯是日球層頂（意思就是日球層的邊界）。

其次，31000攝氏度（其實也就是3萬多開爾文）並不是一個很熱的溫度，要解釋這個，首先我們要正式地定義一下溫度。

回想一下攝氏度是怎麼定義的？攝氏度的定義是一個大氣壓下，水的凝固點是0度，沸點是100度，然後再均勻地平分中間的溫度。但是到了更高的溫度，這樣定義就顯得很無力了。現代科學中，溫度是通過分子動理論(Kinetic Theory)中的能量均分定理來定義的：

其中是某個自由度對應的能量平均值（比如分子在x方向運動的動能平均值），是玻爾茲曼常數，是溫度。

所以實際上，在正式的溫度的物理定義裡面，溫度其實是一個分子能量的度量。那麼現在我們來想想看，我們人體感受到的熱到底是什麼？答案就是：空氣分子的碰撞。

空氣分子的碰撞我們很好理解，溫度高了，空氣分子運動快了，因此以更快的速度撞擊我們的皮膚，我們的皮膚上的溫度感受器就會發出電信號告訴大腦——外面很熱欸！從這個過程我們可以看到，讓你感受到熱有兩個重要前提，一是空氣分子運動地夠快，二是要有足夠多的空氣分子來撞擊你的皮膚，你才能感受到熱。

當然還有熱輻射能讓你感受到熱，但這和題目無關，就不多廢話了。

最後，我們來回到題目——31000攝氏度的日球層頂。看到這樣的描述我們應該問兩個問題，一是，這真的很熱嗎？二是，為什麼這麼熱也沒關係？

這真的很熱嗎？

在前面我們已經知道了溫度其實只是一種對分子動能的度量，這麼高的溫度無非就是告訴你這個地方的太陽風粒子的動能很高。我們再來看看太陽系內別的地方的溫度：

Figure 1.2《Basic Space Plasma Physics》 Wolfgang Baumjohann 1996

這張圖來自一本空間等離子體物理的教科書，我們在圖中可以看到在地球附近各個區域的（電子）溫度分別是：

等離子體層（Plasmasphere）：1000~10000K
太陽風（Solar Wind）：~100000K
磁尾葉（Tail Lobe，抱歉不知道該怎麼翻譯……）：100000K~1000000K
等離子體片（Plasma Sheet）：1000000K~10000000K
環電流（Ring Current）：&>10000000K

這些地方都比題主你提到的31000度熱多了，但是都有一大堆人造衛星在裡邊兢兢業業地為人類工作著。所以你提到的31000度其實並不是一個很高的溫度。

為什麼這麼熱也沒關係？

我們前面提到要有足夠多的氣體分子撞擊你的皮膚你才能感受到熱，那麼在我們上面提到的這麼多溫度這麼高的地方，粒子數足夠嗎？答案當然是不夠的。以太陽風為例，我們可以在圖中看到太陽風（Solar Wind）的電子數密度是 1~10 ，正常空氣中每立方厘米有超過個空氣分子，這差的實在是有點遠。所以就算溫度很高，也並不能對飛船造成什麼實際的傷害。

說了這麼多，最後的最後我來回答一下這個問題：

旅行者二號就是這麼大搖大擺地飛過日球層頂的。

希望這個答案對題主有幫助。

普通地飛過去的。

星際等離子體的溫度本來就非常高，靠近太陽的地方比那還要熱得多，日冕稀薄的等離子體有百萬攝氏度呢。

那些粒子太稀薄了，旅行者1、2號每秒只碰到約25~50個粒子，不構成任何傷害。而在那外面更減少到每秒碰到約2個粒子。

究其原因，溫度分為有效溫度和運動溫度。在我們的日常生活中接觸的熱水、火爐之類物質的密度較大，兩者差不多可以等同，70攝氏度的水都不敢伸手去泡。而太空中的情況很不一樣。地球附近的太陽風是每立方厘米幾十個離子，太陽系附近的太空中星際物質是每立方米約6000個原子。這比地球上的真空機抽出來的低壓狀態要更接近真空狀態。物質密度小到每立方米這麼幾個粒子的時候，運動溫度再高也只是那些粒子的速度快，有效溫度還是非常低，碰到物體幾乎不會造成升溫。