@ 2017.04.28 , 10:30

太阳风层的形状

结合NASA的卡西尼任务的最新数据和两个旅行者飞船的测量数据以及NASA的星际边界探测器(IBEX)的观测,研究者发现我们的太阳和行星被一个来自太阳的巨大的完整磁场系统环绕,对传统的认为太阳后面的太阳磁场看起来就像是彗星般的尾迹这一观点提出了质疑。

太阳风层的形状
左图为太阳风层的压缩模型,是新数据得到的结果,右图为原本的模型。两者的主要区别在于新模型没有长长的彗星状的尾部,旧模型中以浅蓝色表示尾部。Credit: Dialynas, et al. (左图); 老大说NASA的图也不安全,所以煎蛋首位美女画师阿彻就画了一下(右图)

太阳不断释放出磁性材料,形成所谓的太阳风,充斥于整个太阳系内部,最远可达海王星。太阳风形成了一个气泡,形成230亿英里跨度的太阳风层。整个太阳系,包括太阳风层,均在星际空间中移动。最普遍的太阳风层图景是一种彗星似的结构,圆形的头部以及长长的尾部。但囊括整个11年太阳活动周期的新数据表明可能并非如此:太阳风层可能在两端都是圆形的,因此形状近似于球形。相关论文已发表在4月24日的自然天文学杂志上。

太阳风层的形状
credit: 煎蛋画师KOLALC

研究第一作者、希腊雅典学院空间科学家Kostas Dialynas说道:“这一近似气泡形状的太阳风层是由比原先预计更强烈的星际磁场和太阳风鞘内部的粒子压力与磁压的较高比率两者共同引起的。”

卡西尼号已经探索土星系统十几年了,上面装备的一个仪器为科学家们估计太阳风尾的形状提供了新的线索。当来自太阳系内部的带电粒子抵达太阳风层的边界,常常会经历一系列的与来自星际物质的惰性气体原子的电荷交换,在穿过广阔的边界区域时丢掉和重获电子。某些粒子成为中性原子反向飞回太阳系内部,然后为卡西尼号所观测到。

太阳风层的形状
很多其他恒星都有一个长长的彗星状的拖尾,因此按理我们的太阳系也有一个。但是,新的观测数据表明我们的太阳系可能没有这么长的尾巴。左上顺时针依次为LLOrionis, BZ Cam 和 Mira恒星。Credit: 煎蛋灵魂画师小编bakako

研究的作者之一、马里兰州劳雷尔的约翰霍普斯金大学应用物理实验室成员、NASA的旅行者和卡西尼任务的仪器负责人Tom Krimigis说道:“卡西尼仪器是为捕获土星磁层中的离子图像而设计的。我们从没想到会看到这个,居然能显像太阳风层的边界。”

由于这些粒子能以光的一小部分速度移动,从太阳到太阳风层的边界然后再回来需要花费几年。因此当来自太阳的粒子数目变化时——通常是11年的活跃周期,要反映到返回太阳系内部的中性原子数目上还需要几年。

卡西尼对这些中性原子的新测量数据揭示了一些意料之外的东西——来自太阳风层尾部的粒子反应的太阳周期的变化与来自太阳风层前端的几乎一样及时。

Krimigis说道:“如果太阳风层的尾部像彗星一样伸得很长,那么根据测量的中性原子得到的太阳周期模式就应该晚得多。”

太阳风层的形状
上图为太阳风层的压缩模型。Credit: Dialynas, et al.

但由于尾部粒子得到的太阳活动模式与前端粒子得到的几乎同步,这表明尾部的粒子与我们的距离与前部差不多。也即曾经认为的长长的彗星状的尾部可能并不存在,而是呈现出近似的对称球体。

球形太阳风层可能是多种因素共同作用的结果。旅行者1号的数据显示太阳风层外的星际磁场比科学家先前所想更为强烈,意味着将与太阳风层边缘的太阳风相互作用,并压缩太阳风层的尾部。

太阳风层的形状
credit: 煎蛋画师KOLALC

太阳风层的结构极度影响来自星际空间的粒子——称为宇宙射线,能否抵达太阳系内部。

旅行者号和IBEX项目的NASA华盛顿总部科学家、未参与此研究的Arik Posner说道:“旅行者1号和2号、卡西尼以及IBX提供的新数据对于研究太阳风的远端是场意外之喜。随着我们持续收集太阳风层边缘的数据,我们将能更好地理解帮助地球环境抵御有害宇宙射线的星际边界。”

论文原文DOI:10.1038/s41550-017-0115

本文译自 phys,由译者 CliffBao 基于创作共用协议(BY-NC)发布。


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