我们生活在一个泡泡里——真的是字面意义上的泡泡。
它被称为太阳圈，由来自太阳的稀薄等离子体构成。这种电离气体沿着从我们恒星发出的磁场线向外流动，以与太阳自转相关的径向螺旋形式展开。从真正意义上讲，冒险超越太阳风减弱、与贯穿我们星系的更强大的等离子体流抗衡的地方，就等于离开了我们的太阳系。
然而，尽管人们早在 20 世纪 50 年代末就已了解并研究了太阳圈，但其模糊的边界只是在相对较近的时间才被揭示出来——并带来了一个令人惊讶的发现。仅仅十多年前，NASA 的“旅行者 1 号”发回的数据表明，它最终已离开太阳圈进入星际空间。但一项测量结果不符合预期：如果探测器确实已穿越边界，螺旋磁场本应变直，但事实并非如此。
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“回想起来，应该存在一个过渡区，星际磁场在那里堆积并覆盖在太阳圈上，这很合理，”旅行者任务副项目科学家、普林斯顿大学空间物理学家杰米·兰金说。
这种“覆盖”效应类似于水流在船头周围和沿着船舷堆积，直至船尾。正如这种波纹状尾迹可以揭示船的轮廓一样，当我们的太阳穿过银河系时，星际磁场围绕太阳圈的弯曲可以为太阳系与银河系其余部分之间的气泡状边界的大小和形状提供重要的线索。但这种覆盖究竟是什么样子，以及它是如何让位于原始星际介质的，这些仍然是悬而未决的问题——直到现在。
在最近发表在《天体物理学杂志快报》上的一项研究中，兰金及其研究团队汇集了来自“旅行者”双子探测器的独立测量数据以及来自 NASA 的星际边界探测器 (IBEX) 的太阳圈-星际边界模型（IBEX 是 2008 年发射的地球轨道卫星），首次清晰地描绘了覆盖区域的图像。
“旅行者”号的优势在于它们直接测量磁场以及磁场如何随着探测器远离太阳而变化。但“旅行者”号仅沿其轨迹对磁场进行采样，对气泡不断变化的边界提供了一种狭隘的视角。另一方面，IBEX 通过探测太阳风粒子和星际介质粒子在太阳圈边界碰撞产生的带电原子阵雨，提供了“全局”视角。这些数据可以远程查看整个天空的气泡表面，但没有关键的相对距离测量数据。
此图显示了 NASA 的“旅行者 1 号”和“旅行者 2 号”探测器在太阳系太阳圈之外的位置。图片来源：NASA/JPL-Caltech
问题在于这两组数据集不一致。沿着它们的外行轨迹，“旅行者”号现在在局部测量的磁场强度高于且偏离了根据 IBEX 对更远处未覆盖的磁场的远程全天空观测推断出的值。协调来自如此不同的任务的结果有点像试图拼凑两组拼图碎片。“关于为什么‘旅行者’号的数据与 IBEX 不匹配，已经进行了很多讨论，”法国图卢兹大学的天体物理学家卡蒂娅·费雷尔说，她没有参与这项研究。
在论文中，研究人员展示了 IBEX 模型和“旅行者”号的测量结果实际上讲述了一个一致的故事。沿着“旅行者 1 号”的轨迹，结果表明，磁场强度和方向（即太阳圈边缘周围的“覆盖”）将在未来 60 年内持续存在，这相当于探测器再行驶 200 亿英里，然后最终到达 IBEX 预测的“未覆盖”星际磁场。应用于来自“旅行者 2 号”的数据，分析表明，这艘探测器必须比它的双胞胎探测器多飞行两倍的距离才能逃脱太阳圈过渡区堆积的磁场——大约 120 年的旅程。
“[这些结果]描绘了一幅完整的图景，”费雷尔说——尽管未来的任务仍然可以对其进行补充。
为此，NASA 正在计划在 2025 年发射 IBEX 的某种后继者：“星际测绘和加速探测器 (IMAP)”。IMAP 将生成更高分辨率的太阳圈全球结构图，并将与正在进行的“旅行者”号测量重叠，研究人员希望这些测量能在未来十年内继续进行，尽管两个“旅行者”号的功率都极其低。
“这些测量的结合将提供对太阳圈与局部星际介质相互作用的最佳理解，”该研究的合著者、普林斯顿大学空间物理学家、IBEX 和 IMAP 任务的首席研究员大卫·麦科马斯说。
一个未来的星际任务，以继续“旅行者 1 号”和“旅行者 2 号”未完成的事业，也可能进一步阐明太阳圈的复杂形状。
“向侧面发射一个探测器可以很好地了解气泡在局部风方向和人们谈论存在尾状结构的反方向上的样子，”星际探测器任务概念研究的首席研究员、约翰·霍普金斯大学应用物理实验室空间物理学家拉尔夫·麦克纳特说。
兰金及其团队的研究结果表明，朝向太阳圈左舷侧翼的磁场堆积较少，这意味着，与另一侧较厚的覆盖层相比，探测器穿过这个过渡区可以更快地进入原始星际空间。
获取未受干扰的星际磁场的样本也有助于绘制我们太阳系周围星际气体和尘埃云的分布和形状，例如太阳圈目前正在穿越的本星际云 (LIC)。星际云也会在移动时拉伸和扭曲周围的磁场。
“太阳圈的总体形状受其在本星际云中运动的控制，但其确切形状也取决于周围的磁场，”费雷尔说。
虽然绘制我们的气泡和周围环境图谱仍有工作要做，但兰金及其团队的研究表明了将远程卫星和原位探测器测量结合起来的力量。
“这项研究的全部意义在于连接我们已经测量的东西，以理解我们在星系中的位置的更大图景，”兰金说。