旅行者二号是如何穿过太阳系边缘高温的「太阳风顶层」的？

据分析这一层高达 31000 摄氏度。
问题出处：如何看待最近旅行者二号发回的数据显示人类有可能飞不出太阳系？

首先这个「太阳风顶层」翻译就非常奇怪…对应的英语单词应该是Heliopause，正确的翻译是日球层顶（意思就是日球层的边界）。

其次，31000摄氏度（其实也就是3万多开尔文）并不是一个很热的温度，要解释这个，首先我们要正式地定义一下温度。

回想一下摄氏度是怎么定义的？摄氏度的定义是一个大气压下，水的凝固点是0度，沸点是100度，然后再均匀地平分中间的温度。但是到了更高的温度，这样定义就显得很无力了。现代科学中，温度是通过分子动理论(Kinetic Theory)中的能量均分定理来定义的：

其中是某个自由度对应的能量平均值（比如分子在x方向运动的动能平均值），是玻尔兹曼常数，是温度。

所以实际上，在正式的温度的物理定义里面，温度其实是一个分子能量的度量。那么现在我们来想想看，我们人体感受到的热到底是什么？答案就是：空气分子的碰撞。

空气分子的碰撞我们很好理解，温度高了，空气分子运动快了，因此以更快的速度撞击我们的皮肤，我们的皮肤上的温度感受器就会发出电信号告诉大脑——外面很热欸！从这个过程我们可以看到，让你感受到热有两个重要前提，一是空气分子运动地够快，二是要有足够多的空气分子来撞击你的皮肤，你才能感受到热。

当然还有热辐射能让你感受到热，但这和题目无关，就不多废话了。

最后，我们来回到题目——31000摄氏度的日球层顶。看到这样的描述我们应该问两个问题，一是，这真的很热吗？二是，为什么这么热也没关系？

这真的很热吗？

在前面我们已经知道了温度其实只是一种对分子动能的度量，这么高的温度无非就是告诉你这个地方的太阳风粒子的动能很高。我们再来看看太阳系内别的地方的温度：

Figure 1.2《Basic Space Plasma Physics》 Wolfgang Baumjohann 1996

这张图来自一本空间等离子体物理的教科书，我们在图中可以看到在地球附近各个区域的（电子）温度分别是：

等离子体层（Plasmasphere）：1000~10000K
太阳风（Solar Wind）：~100000K
磁尾叶（Tail Lobe，抱歉不知道该怎么翻译……）：100000K~1000000K
等离子体片（Plasma Sheet）：1000000K~10000000K
环电流（Ring Current）：&>10000000K

这些地方都比题主你提到的31000度热多了，但是都有一大堆人造卫星在里边兢兢业业地为人类工作著。所以你提到的31000度其实并不是一个很高的温度。

为什么这么热也没关系？

我们前面提到要有足够多的气体分子撞击你的皮肤你才能感受到热，那么在我们上面提到的这么多温度这么高的地方，粒子数足够吗？答案当然是不够的。以太阳风为例，我们可以在图中看到太阳风（Solar Wind）的电子数密度是 1~10 ，正常空气中每立方厘米有超过个空气分子，这差的实在是有点远。所以就算温度很高，也并不能对飞船造成什么实际的伤害。

说了这么多，最后的最后我来回答一下这个问题：

旅行者二号就是这么大摇大摆地飞过日球层顶的。

希望这个答案对题主有帮助。

普通地飞过去的。

星际等离子体的温度本来就非常高，靠近太阳的地方比那还要热得多，日冕稀薄的等离子体有百万摄氏度呢。

那些粒子太稀薄了，旅行者1、2号每秒只碰到约25~50个粒子，不构成任何伤害。而在那外面更减少到每秒碰到约2个粒子。

究其原因，温度分为有效温度和运动温度。在我们的日常生活中接触的热水、火炉之类物质的密度较大，两者差不多可以等同，70摄氏度的水都不敢伸手去泡。而太空中的情况很不一样。地球附近的太阳风是每立方厘米几十个离子，太阳系附近的太空中星际物质是每立方米约6000个原子。这比地球上的真空机抽出来的低压状态要更接近真空状态。物质密度小到每立方米这么几个粒子的时候，运动温度再高也只是那些粒子的速度快，有效温度还是非常低，碰到物体几乎不会造成升温。