

几十年来,科学家们一直认为太阳系的边缘有一个相当明确的边界,那里太阳的光芒只比浩瀚星空中的其他星星亮一点点。但随着人类旅行最远的航天器“旅行者”号探测器穿越黑暗,它们发现这条边界远非清晰。太阳系的边缘可能根本不是一个平滑的边缘,而是一个由翻滚的磁泡组成的湍流护城河。
向我们涌来的星际宇宙射线会被困在护城河中,在泡沫中翻腾,它们可以搭乘超带电的磁力线,飞速奔向太阳——也奔向地球。换句话说,太阳巨大的保护屏障可能根本不是一个屏障,而是一个比科学家们想象的更容易被穿透的渗透膜。
除了修正关于太阳保护层理论的看法,科学家们可能还需要修正关于宇宙射线本身的既有理论。如果护城河影响了有多少射线能够进入,那么其数量可能比我们想象的要多或要少。这可能会改变我们对早期银河系以及恒星如何与星系其他部分相互作用的理解。了解宇宙射线对于行星际任务至关重要,因为低能量辐射会伤害那些冒险进入地球磁场之外的宇航员。
波士顿大学的天文学助理教授 Merav Opher 表示:“日鞘是我们家园进入银河宇宙射线的一个窗口。在地球上,我们有厚厚的大气层保护,所以我们不必担心这个问题。但如果你是一名宇航员,并且正前往火星,你真的需要关心日鞘中的带电粒子。”
以下是一些背景知识:日鞘是由带电粒子组成的泡泡,包裹着整个太阳系,保护它免受来自银河系的宇宙射线和星际风的侵害。星际风由数百万年前超新星爆发留下的高速粒子组成,它的压力有助于决定日鞘的大小。太阳的磁场也起着作用。
太阳的磁场在南北两极以相反的方向旋转,形成一个扭曲的片状区域,在那里两个旋转相遇。在远离太阳数十亿英里外,也就是“旅行者”号探测器现在所在的位置,这个片状区域开始自身收缩。新的数据显示和模型表明,在这个扭曲的区域,磁力线相互交叉并重新连接——顺便说一句,这个过程与太阳耀斑的产生过程相同——磁场会重新组织自身,形成直径达一亿英里(约1.6亿公里)的磁泡。
Opher 说,这些磁泡形成了一种泡沫状的泡沫,就像“一个非常活跃的按摩浴缸”。
这些磁泡与更广阔的磁场断开了联系。带电粒子和宇宙射线必须逃离磁泡,才能到达与太阳相连的磁力线。
Opher 说:“这很像是它们进入了一条高速公路,然后又迅速逃回了太阳。”

为什么这很重要?Opher 和其他人在周四的新闻发布会上解释说,这些磁泡代表了一种关于太阳与银河系其他部分之间相互作用的全新理论。
芝加哥大学名誉物理学教授 Eugene Parker 表示:“这改变了我们对(宇宙射线)如何从外部、从星际空间进入日鞘的理解。五十年前,他首次提出了扭曲磁场理论。“太阳风会把它们吹回去,但我们必须修正我们对有多少物质被吹回去的估计。”
磁泡理论是新的计算机模型和最新数据的产物,物理学家们仍在努力弄清楚这一切。旅行者号探测器已经很老了——它们已经发射了 34 年,其仪器是在 20 世纪 60 年代末和 70 年代初设计的,所以它们并不是最先进的。物理学家们希望有更新的航天器配备更灵敏的仪器来获取更多测量数据,以便他们能够确定这些磁泡是否真实存在。
尽管这些发现很奇特,但它们只是“旅行者”号探测器一系列奇异发现中的最新一项。去年,“旅行者 1 号”探测器探测到信号,表明太阳风已经停止。该探测器已经通过了终点激波,即太阳风从超音速减速的点(在此处聆听),但这是一个奇怪的结果——什么会导致太阳风突然枯竭?科学家们怀疑太阳风拐了个弯,被星际风的压力推挤着改变了方向,加州理工学院的“旅行者”项目科学家 Ed Stone 说。他也表示,这同样出乎意料。

在一个被称为日震层顶(heliopause)的交汇点,太阳的磁场影响完全停止,这是一个进入真正星际空间的边境。没有人确定“旅行者 1 号”何时会到达这个边界,但 Opher 和 Stone 表示,这可能在未来四年内发生。
Opher 说,这些磁泡改变了大家对那个区域外观的预期。
她说:“日震层顶不是一个盾牌,而更像是一个多孔的膜,有手指状和凹陷状。我们猜测日震层顶将是斑驳且湍流的。”
美国宇航局日球层物理学部门的“旅行者”项目科学家 Arik Posner 表示,“旅行者 1 号”和“旅行者 2 号”由放射性同位素热电发电机提供动力,并有足够的电力支持至少再运行 5 年。
在生命的前半段以前所未有的细节探索了太阳系之后,它们的工作似乎才刚刚开始。
