美科學家精確測量太陽系外星際磁場強度與方向

新浪科技訊 北京時間3月3日消息，據國外媒體報導，2008年，美國宇航局“星際邊界探測器”發射升空，專門用於探測太陽系與星際空間交界地帶。數年來，“星際邊界探測器”幫助科學家不斷取得驚人發現，從而讓人類更清楚地認識太陽系外的宇宙空間。近日，美國西南研究院科學家根據“星際邊界探測器”的探測數據精確地測量了日光層外的磁場強度和磁場方向，從而發現了一種支配太陽系之外星系的力。

在2008年剛剛發射不久，“星際邊界探測器”就發現了一小片狹長的宇宙空間的神奇之處，那裏比其它區域有更多的粒子在其中流動。這片狹長的宇宙空間也被稱為“星際邊界探測器帶”。這個神秘的帶狀結構幫助科學家打開了窺探太陽系外宇宙空間的大門。美國宇航局認為，“這就好比根據窗外的雨滴來判斷室外的天氣情況。”

為了更好地描述太陽系鄰近的宇宙空間，美國西南研究院科學家根據“星際邊界探測器”的探測數據對星際邊界進行模擬分析與研究。星際邊界位於我們太陽系周圍的巨型磁場泡泡的最邊緣，也被稱為日光層。通過最新的分析結果，科學家精確測量了日光層外的磁場強度和磁場方向。科學家們的研究成果發表於《天體物理學雜誌》上。

專家認為，科學家的最新研究成果讓我們認識了支配太陽系之外星系的磁場力，從而對我們太陽系周圍的宇宙空間有了更清楚的認識。這一研究成果是基於“星際邊界探測器帶”的起源理論而形成的。在“星際邊界探測器帶”中，流動的粒子其實是太陽粒子經過長途飛行到太陽磁場邊界后被反射回來的。在太陽系的周圍，有一個巨型的泡泡，即日光層。泡泡中充滿了所謂的太陽風，即太陽不斷噴射出來的電離態氣體。當這些粒子抵達日光層邊界時，它們的運動就會變得更為複雜。

此項研究主要負責人、美國西南研究院科學家埃裏克-澤因斯坦介紹，“一些太陽風質子經過一系列複雜的電離變換又被反射飛向太陽，形成了所謂的‘星際邊界探測器帶’。模擬實驗和‘星際邊界探測器’觀測數據表明這一過程最有可能就是‘星際邊界探測器帶’的起源，該過程平均需要三到六年時間。”在日光層外的星際空間，離子體的速度、密度和溫度都與太陽風離子體和中性氣體完全不同。這些物質與日光層邊界相互作用形成了一個被稱為“日鞘內層”的區域，這一區域內側與終端激波區相鄰，外側與太陽風層頂搭界。一些來自太陽的太陽風質子到達這一邊界區域后會獲得一個電子，從而變成中性不帶電，並越過太陽風層頂。一旦進入星際空間，它們又再一次失去電子，並沿星際磁場周圍旋轉。

如果這些粒子在恰當的地點和恰當的時間獲得了另一個電子，它們又會回到日光層中，並沿來時的路徑向地球飛來，並與“星際邊界探測器”碰撞。這些粒子攜帶了所有關於星際磁場的信息。當它們撞上探測器時，就相當於告訴了我們太陽系外星際空間的特點。澤因斯坦表示，“只有‘旅行者1號’探測器曾經直接觀測過星際磁場，而且那些區域都接近於太陽風層頂，都被扭曲了。但是，這一次我們的分析更進一步地精確測量了它的強度和方向。”

“星際邊界探測器帶”反射回地球的粒子的不同方向由星際空間的性質來決定。比如，模擬實際顯示，來自太空不同區域的粒子大多數是高能粒子，而不是能量較低的粒子，這也提示了星際磁場與日光層是如何相互作用的。在近期的研究中，科學家一般利用這樣的觀測數據來模擬“星際邊界探測器帶”的起源。其實，這些模擬不僅僅可以精確地預測不同能量的中性粒子的位置，而且還可以根據“旅行者1號”探測器的數據、星際中性氣體的偏移值和極地星光的觀測數據來推斷星際磁場的特點。

然而，早期一些星際磁場的模擬實驗並沒有得出較好的結論。“星際邊界探測器”之前的那些估測主要都是基於兩種數據點，即“旅行者1號”和“旅行者2號”環繞終端激波區的距離。澤因斯坦解釋，“‘旅行者1號’環繞終端激波區的距離是94個天文單位，而‘旅行者2號’的距離則是84個天文單位。”一個天文單位約等於地球與太陽的平均距離，大約是9300萬英裏(約合1.5億公里)。美國宇航局戈達德航天飛行中心科學家埃裏克-克里斯坦表示，“這些新的發現可以用來更好地理解我們的空間環境是如何與太陽風層頂外的星際環境相互作用的。反過來，理解了這些相互作用也可以幫助我們解釋‘星際邊界探測器帶’的形成秘密。”

“星際邊界探測器”任務的科學目標是研究太陽系邊界處太陽風與星際介質相互作用的特點。“星際邊界探測器”大概只有牌桌大小，發射於2008年。為了防止避免被地球磁圈生的高能中性粒子的影響，“星際邊界探測器”的軌道位於地球上空20萬英裏(約合32萬千米)處。直接從複雜的星際邊界區域獲取探測數據的是美國宇航局的“旅行者”系統任務，其中“旅行者1號”於2004年進入這一邊界區域，並穿過終端激波區。2012年，“旅行者1號”進入星際空間。(彬彬)