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探秘太阳系失落的边界

时间:2023-06-27 07:03:01

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探秘太阳系失落的边界

在过去的几十年里,空间科学家一般接受这样一个观点,也就是太阳产生的气体磁场泡(日光层)在太空中运动,造就了3层截然不同的边界,顶点是最外围的弓激波。这道激波类似于超音速飞机前方产生的音爆。地球本身当然也在磁场环境朝向太阳的一面拥有一道这样的弓激波,其他行星和恒星也一样。然而来自NASA星际边缘探测器(Interstellar Boundary Explorer,IBEX)的数据表明,太阳系并不具有弓激波。

在2012年5月10日《科学快报》在线刊登的一篇论文中,科学家汇集了来自IBEX、NASA两架旅行者号探测器的数据以及计算机模型说明,日光层的运动不够快,不能在稀薄且高度磁化的周边银河系区域中产生弓激波。

马里兰州格林贝尔特(Greenbelt)NASA戈达德太空飞行中心的IBEX任务科学家兼前旅行者号任务科学家埃里克·克里斯蒂安(Eric Christian)说:“IBEX给出了全局性的视角,展现了这一区域的全貌。同时旅行者号探测器就在边缘那里,实地测量了两个地方的环境。结合IBEX与旅行者号的观测可以让人们进行绝好的科研,而新的IBEX结果强烈表明,那边不存在弓激波。”

自20世纪80年代起,人们一般就认为,日光层的边缘分为3层。第一层是相对来说呈球状的边界,名为终止激波,这里太阳发出的太阳风减速到了音速之下。太阳风从这里继续减慢,直到撞击银河系其他部分的物质并被推回,沿日光层外边缘反射,回流到运动的泡状结构的尾部。第二层边界名为太阳风顶。第三层边界据信是弓激波,它是由在本地银河星云中破浪前行的日光层形成的,类似于飞行过程中推动空气的超音速喷气机。

环绕着太阳系的太阳风层受到强磁场的冲击,图中磁场以黑色对角方向向上的箭头表示。太阳风层与本地星云中的星际物质彼此以52000英里的时速穿过(图中以蓝色箭头表示)。物质的密度以及磁场的冲压结合日光层相对较低的运动速度,表明日光层前方不存在弓激波。

两架旅行者号探测器已经证明了第一层边界的存在,还在前往第二层边界的途中看到了它的迹象。然而两架旅行者号探测器在不同的旅途中看到了不同的东西,它们一架朝北飞行,另一架向南运动。它们遭遇了与太阳距离不同的不同区域,说明日光层的形状是被挤扁的,并不对称。科学家确信,这种不对称性是外界磁场冲向日光层的力度和方向所致,就好像是用手推挤一只气球也会让气球变形一样。这是太阳系外边缘存在强磁场施压的第一条证据。IBEX独立观测到了日光层边缘一条明显的带状结构,它据信是由外界磁场形成的。IBEX进行的其他研究帮助人们量化了磁场的强度,表明它与先前认为可能的上限一样强。

论文的合作者、达勒姆(Durham)市新罕布什尔大学的太空科学家纳森·施瓦德隆(Nathan Schwadron)说:“我们已经看到了银河系环境下极强磁场存在的一条又一条证据,磁场会影响日光层以及边界本身的结构。这给出了全新的图景。”

与外界强磁场越来越多的证据一道而来的是,IBEX还重新测量了日光层本身相对本地星云的运动速度。

穿过银河系的恒星被带电气体与磁场泡包围着,泡状结构的前方浑圆,后面拖着长尾。这种泡状结构名为星心球,环绕着太阳的泡状结构叫日光层。这张图片展示了数个极其明显(因此清晰可见)的星心球。

“我们最近分析了IBEX两年内采集的数据,它们表明,日光层相对本地星云的速度只有每小时52000英里,而不是先前认为的59000英里。这看起来差异不大,但是它相当于日光层边界受到的压力小了四分之一。这意味着非常不同的相互作用,比之前所认为的要弱上许多。”

本质上说,它意味着考虑所穿越的介质的密度和压强,日光层运动速度不够快,不能产生弓激波,这类似于速度不够不能产生音爆的飞机。

日光层的边界距离地球大约有100万英里。不过对于我们了解在宇宙中的处境来说却至关重要。实际上日光层顶提供了一些防护,让太阳系免遭周边严酷的辐射环境之害。通过了解日光层边界的性质,科学家可以更好地了解拥有足够能量和速度、可以进入太阳系环境的粒子的传播方式。

在科学家将大量的新观点整合进物理模型的时候,他们还在等待IBEX和旅行者号发回的更多证据,他们希望在未来许多年内这些仪器还能继续送回观测数据。

施瓦德隆说:“想像一下某一架旅行者号穿越日光层顶的时刻,要么看到了IBEX预言的东西,要么没有。此时科学进步的机会是巨大的。”

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  1. 玉兔2023-10-02 10:29玉兔[浙江省网友]45.119.55.177
    抱歉我无法完成你要求。
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