本文发表于《大众科学》的前博客网络,仅反映作者的观点,不一定反映《大众科学》的观点
天文学家们首次清晰地观察到太阳系的“后视镜”。他们看到的是一条像螺旋钻一样扭曲的磁尾。
虽然我们倾向于认为太阳是静止的,行星围绕它运行,但实际上太阳系正以每小时一百万英里的速度在银河系中穿行。太阳始终在向各个方向抛射带电粒子,称为太阳风。当太阳穿过银河系的磁场时,太阳风被压平成子弹形状,形成一条长长的尾巴拖在后面。
这些观测是由星际边界探测器(IBEX)进行的,这是一颗由NASA于2008年发射的卫星。与传统望远镜不同,IBEX 不观测光,而是观测原子。在太阳风和星际介质(填充恒星之间空间的寒冷、黑暗的气体和尘埃)的边界处,来自太阳风的离子从星际介质的原子中窃取电子。这改变了太阳离子的电荷,使其从正电荷变为中性,从而摆脱了太阳磁场的束缚。它们向不同的方向飞去——其中一些到达了 IBEX 上的探测器,探测器将原子的方向和能量转化为子弹形日球层的地图。
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通过汇编 2008 年至 2011 年间记录的数据,任务科学家们组装了一张日尾结构的地图,日尾像船的尾迹一样拖在太阳系后面。因为我们是从尾巴的长度方向向下看,所以很难测量它延伸有多远。根据探测到的粒子的能量,任务科学家们估计,尾巴正在沿长度方向蒸发,其长度是地球与太阳之间距离的 1000 倍——大约 1500 亿公里。
IBEX 首席研究员、西南研究院(SwRI)空间科学与工程助理副总裁大卫·麦科马斯在 7 月 10 日的新闻发布会上说:“这项[发现]的新颖之处在于,我们以前从未能够从我们穿过星际介质的方向移开视线。”
研究人员发现,随着尾巴的伸展,它会略微螺旋式扭曲。“这种倾斜是观测中一个非常有趣的方面,”麦科马斯说。这种扭曲“不可能是由太阳引起的”。最可能的罪魁祸首是银河系磁场对太阳风的拉扯。
麦科马斯解释说:“想象一下用蹦极绳绕着沙滩球。通过拉动[绳索],它们会施加力。磁场的作用也是如此:它对日球层的外边界施加力。这种力挤压日尾,使其不再是圆形,而是像鸡蛋一样扁平。但它也会扭曲尾巴,使其转向并与磁场对齐。”
IBEX 团队正在使用来自“旅行者”号探测器的数据来拼凑日球层的结构——日球层是由太阳系在银河介质中的向前运动所雕刻出的子弹形气泡。“旅行者”号双探测器于 1977 年发射,目前正在穿过距地球 180 亿公里的日球层顶。“旅行者”号正在发回关于太阳磁场和银河磁场之间相互作用的数据。“IBEX 就像核磁共振成像,”麦科马斯说,“我们可以拍摄整个身体的图像,看到全貌,而‘旅行者’号更像是活组织检查。它们是非常精确的局部测量,仅位于一两个特定位置。”
研究人员认为,借助来自 IBEX、“旅行者”号和许多其他观测太阳本身的卫星的数据,他们正在进入太阳研究的新时代。“每当太阳打喷嚏或发生爆发时,我们都可以从各个方面看到它,”IBEX 项目科学家阿里克·波斯纳说。
IBEX 任务计划持续运行到 2016 年。这将使天文学家有机会观察日球层如何演变并对来自太阳的变化做出反应。“IBEX 基本上看到的是多年前产生的太阳风。在太阳活动极大期[预计在今年晚些时候发生]期间,这种结构会崩溃。在未来几年,这些粒子将向外传播并向下弯曲到日尾。我们期望我们应该能够看到日尾结构上不断变化的太阳。我们希望如果 IBEX 保持健康,我们能够进行这些测量。”