NASA卡西尼號、旅行者號啟發太陽與星系互動的新視角

NASA卡西尼號傳回的數據結合兩艘旅行者號太空飛行器以及星際邊界探測器（Interstellar Boundary Explorer, IBEX）的測量結果表明，太陽及其行星被來自太陽的巨大圓形磁場所包圍，這使得我們對另一個觀點產生了質疑，即太陽后側的太陽磁場是狹長彗尾狀。

太陽不斷地向外釋放磁性物質——太陽風——充斥著整個太陽系，遠及海王星軌道。太陽風創造了一個大約230億英里（370億千米）被稱為日球層（heliosphere）的氣泡。包括日球層在內的整個太陽系，在星際空間穿越。被人們熟知的日球層圖即為彗星狀結構，擁有圓形的頭部和延伸的尾巴。但是涵蓋整個11年太陽活動周期的新數據表明情況並非如此：日球層可能兩端都是圓形，因此其形狀幾乎為球形。有關這些成果的論文已於2017年4月24日在《自然-天文學》上發表。

「日球層形如同一個粗糙的氣泡而並非有著如彗星般的狹長尾巴，這歸功於強烈的星際空間磁場——比之前預計的強得多——太陽風鞘內部的粒子與磁場壓力比很高，而兩者結合便導致這一結果，」希臘雅典學院的太空科學家、這項研究主要著者Kostas Dialynas談道。

來自NASA卡西尼號、旅行者號和星際邊界探測器的最新數據表明，日球層——這個由太陽磁場影響產生、包圍著整個太陽系的氣泡——可能會比以前想象的更加緊湊和圓潤。左側的圖片展示了根據最新數據繪製的緊湊型日球層，而右側的圖像則顯示了具有延伸尾部的模型。主要的區別在於：新日球層模型的一側沒有彗星般的尾巴拖在天體后。這個尾巴在舊模型中以藍色標識。

十年來，卡西尼號上的設備孜孜不倦地在探索著土星系統，為科學家們提供了關於日球層尾部形狀的重要新線索，該部位通常稱為「太陽的尾巴」（heliotail）。太陽系內部的帶電粒子到達日球層的邊界時，有時會與星際介質中的中性氣體原子發生一系列的電荷交換，當粒子穿過這片廣闊的邊界區域時，會失去並重新獲得電子。一些粒子失去電子后成為快速運動的中性原子，被重新彈射向太陽系內，而卡西尼號能對此進行測量。

「卡西尼號的設備能夠繪製土星磁氣圈中捕獲到的離子，」NASA旅行者號和卡西尼號任務的設備負責人、來自馬里蘭州勞雷爾市約翰霍普金斯大學應用物理實驗室、該項研究的作者Tom Krimigis說道。「我們從沒想過能夠見到這樣的觀測結果，並且還能繪製日球層的邊界。」

許多其他恆星都有如同彗尾一般的尾巴，由此支撐了我們太陽系亦是如此的觀點。然而，NASA卡西尼號、旅行者號和星際邊界探測器的最新證據表明，我們的太陽系的末端可能並沒有延展成長尾。從左上角逆時針方向開始，所展示的恆星分別是：LLOrionis、BZ Cam、Mira。

Credits: NASA/HST/R.Casalegno/GALEX

由於這些粒子運動速度較小，因此從太陽到日球層邊緣的往返行程需要數年時間。因此當來自太陽的粒子數量發生變化時——通常是由於其11年的活動周期影響的結果——需要幾年的時間才能從反射回太陽系中性原子的數量上反映出來。

近期卡西尼號對這些中性原子的測量揭示了令人感到意外的結果——日球層尾部的粒子與日球層前端的粒子幾乎以相同速度反映出太陽周期變化。

「如果日球層的『尾巴』像彗星一樣拉伸，我們預測，根據中性原子的測量結果，推算出太陽周期的時間將會晚得多，」Krimigis說。

但是，由於太陽活動顯示出前端和尾部的粒子速度相同，因此表明尾部及前端和我們的距離相同。這意味著，長時間裡科學家們所設想的彗尾可能根本就不存在——相反——日球層可能幾乎是圓形及對稱的。

導致日球層是圓形的因素有很多。旅行者1號發回的數據表明，日球層外的星際磁場比科學家們預計的要強，這意味著星際磁場可能在日球層邊緣與太陽風互相影響，將日球層的尾巴壓縮的更加緊湊。

要研究來自星際空間的粒子——（即宇宙射線）——如何到達太陽系內部（即地球及其他行星所在）的問題，日球層的構造至關重要。

「旅行者1、2號、卡西尼號及星際邊界探測器搜集的數據，是科學界研究太陽風邊遠區域收穫的意外財富，」並未參與此項研究、華盛頓特區NASA總部旅行者號及星際邊界探測器項目科學家Arik Posner談道。「我們將不斷從日球層的邊緣收集數據，這些數據有助於我們更好地了解星際邊界，以保護地球環境免受有害宇宙射線的侵襲。」（編輯：Sarah Frazier 翻譯：謝斯坦丁 校核：王索）