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太阳系的边缘什么样?比你想象的更不可思议
2022-09-08

新浪科技讯 北京时间8月12日消息,从太阳系边缘往里数,我们的地球是第六颗行星,这意味着我们离这个寒冷而荒芜的边缘一点也不近。不过,这些年,我们人类已经发射了各种航天器。那么,我们知道太阳系的边缘是什么样了吗?

确实,我们知道太阳系边缘的样子,不过这仍是一项正在进行中的工作。最新的进展之一,是一幅耗时13年的太阳系边缘3D地图。这幅地图,揭示了这个神秘边缘——太阳圈外层——的更多秘密。

外太阳圈标志着太阳风(或太阳释放出的带电粒子流)在渗透到太阳系以外的宇宙空间的星际辐射作用下,“偏转和变形”的区域。换句话说,太阳风和星际粒子在太阳系的遥远边缘相遇并形成边界。

我们人类在2012年首次瞥见太阳系的外缘。2012年,NASA在1977年发射的航天器旅行者1号离开太阳系,进入星际空间。旅行者2号紧随其后,在2018年重复了旅行者1号的壮举。旅行者1号和2号航天器上除了满载巴赫、路易斯·阿姆斯特朗和座头鲸歌曲等黄金唱片之外,还配备了科学仪器。根据NASA喷气推进实验室的说法,在两架航天器飞离太阳系的时候,旅行者1号和2号都反馈了太阳粒子的突然减少和银河辐射的大幅增加。

新的3D地图揭示了更多关于太阳圈的信息。太阳圈内层,即太阳和行星所在的位置,大致是一个球形,向各个方向延伸约90个天文单位的距离。(一个天文单位相当于地球到太阳的平均距离,大约是9300万英里或1.5亿公里。)太阳圈外层的对称性要差许多。在太阳前进的方向上,外太阳圈延伸的距离约为110个天文单位,但在相反的方向,延伸的距离要长许多,至少有350个天文单位。

外太阳圈标志着太阳风在星际辐射作用下“偏转和变形”的区域

这种不对称性源自太阳在银河系中的运动。太阳向前运动时,会与前方的银河辐射发生摩擦,并在经过的路径上清理出一片空间。星际介质中有很多等离子体(带电粒子),太阳圈内层非常圆,是等离子体流的一个障碍。等离子体流流经太阳圈内层的效果,就好比小溪中水流绕过岩石一样,水流冲向前方的石块,在后方留下一片受到保护的平静。

3D地图的测量数据来自星际边界探测器(IBEX)收集的数据。根据NASA的说法,星际边界探测器发射于2008年,“大小与一辆公共汽车的轮胎差不多”。星际边界探测器的英文缩写“ibex”,在英语中指的是羱羊,一种似乎不受重力约束而非常擅长登山的山羊。但事实上,星际边界探测器效仿的动物是蝙蝠。

大多数蝙蝠通过发出声脉冲并利用回声的时间延迟,来计算出猎物的距离,进而捕杀蚊子等昆虫。同样地,星际边界探测器可以检测从太阳系边缘反弹回来的太阳风粒子,从而允许天文学家用测量粒子往返所需的事件来确定其中的距离。

当太阳环绕银河系外缘运动时,太阳风可以阻挡宇宙辐射,形成一个保护圈。这对我们无疑是有好处的,因为辐射会损坏航天器,并危害宇航员的健康。

但是,从长远来看,太阳系的边缘可能不会一直保持这种状态。太阳风的强度和太阳黑子的数量之间存在相关性。太阳黑子是太阳表面临时出现的比周围区域相对更暗的斑点,由太阳内部强烈的磁场干扰所形成。在1645年到1715年之间,太阳黑子欠缺,因此太阳风可能也十分微弱。这段时期,也被称为蒙德极小期。

太阳黑子消失了近乎一个世纪。如果发生这种情况,太阳圈的形状可能也会显著改变。我们确实观测到太阳活动的变化,并且另一个蒙德极小期随时都可能发生。担心太阳圈的保护作用可能会随着时间的流逝而改变,这并非杞人忧天。

为了更好地了解太阳圈,NASA计划在2025年启动一项新的任务,叫做“星际测绘和加速探测器”(IMAP)。如果一切进展顺利,星际测绘和加速探测器将向我们揭示更多关于在太阳系边缘太阳风与宇宙辐射之间相互作用的细节。