天体物理学家揭示了太阳系保护气泡的新模型-日球层

这是日光层的样子吗？新研究表明了这一点。长期以来，天体物理学家一直在争论保护太阳系免受致命的宇宙射线影响的“力场”磁场的大小和形状。

波士顿大学的天体物理学家和合作者揭示了一种新的日光层模型，该模型在新月形面包和沙滩球之间形成。

太阳圈是一个广阔的区域，延伸范围是冥王星的两倍以上。它在所有行星上产生磁场“力场”，使带电粒子偏转，否则带电粒子会进入太阳系，甚至穿透DNA。但是，尽管它的名称是日球，它实际上并不是一个球体。长期以来，太空物理学家一直将其形状与彗星进行比较，其一侧为圆形“鼻子”，而长尾巴则沿相反方向延伸。

2015年，波士顿大学太空物理中心天文学教授兼研究员Merav Opher使用旅行者1号太空船的新型计算机模型和数据，与马里兰大学的合著者詹姆斯·德雷克（James Drake）得出了不同的结论：他们提出了实际上，日光层的形状像月牙形，实际上不像新鲜出炉的羊角面包。在这种“牛角包”模型中，两个喷嘴从鼻子向下游延伸，而不是一条渐弱的尾巴。Opher说：“那开始了关于日球层全球结构的讨论。”

然后，在“新月形面包”辩论开始两年后，卡西尼号航天器（自2004年至2017年绕土星运行）的读物暗示了对太阳圈的另一种看法。卡西尼科学家通过定时从回旋层边界回声的粒子并将它们与双旅行者号航天器测得的离子相关联，得出结论，回旋层实际上几乎是圆形且对称的：既不是彗星也不是新月形面包，而是更像是沙滩球。他们的结果和羊角面包一样有争议。“您不轻易接受这种改变，”汤姆·克里米吉斯（Tom Krimigis）说，他领导了卡西尼号和旅行者号的实验。“在这一领域开展工作的整个科学界已经假设，在55多年的时间里，日光层有彗星尾巴。”

现在，哈佛大学的Opher，Drake及其同事Avi Loeb和密歇根大学的Gabor Toth设计了一种新的日光层三维模型，该模型可以使“新月形面包”与沙滩球相协调。他们的工作发表在《自然天文学》上。

与大多数以前的模型不同，后者假定太阳系中的带电粒子都徘徊在相同的平均温度附近，而新模型则将粒子分解为两组。首先是直接来自太阳风的带电粒子。其次是空间物理学家所说的“拾取”离子。这些粒子以电中性的形式漂移到太阳系中-因为它们不会被磁场偏转，所以中性粒子可以“直接进入”，奥弗说，但是随后电子被击落。

现在正在探索冥王星以外空间的“新视野”号飞船已经发现，这些粒子在被太阳风携带并被电场加速时，其温度比普通太阳风离子高数百倍或数千倍。但是，只有通过分别模拟两组粒子的温度，密度和速度，研究人员才发现它们对日光层形状的巨大影响。

根据新模型，这种形状实际上将羊角面包和球体之间的差异分开了。Opher说，虽然新模型看起来与经典彗星模型有很大不同，但实际上两者可能比它们看起来更相似，这取决于精确定义日光层边缘的方式。考虑将灰度照片转换为黑白照片：最终图像在很大程度上取决于您选择哪种灰度作为黑白之间的分界线。

那么，为什么还要担心日光层的形状呢？研究系外行星（其他恒星周围行星）的研究人员对将我们的日球层与其他恒星周围的行星进行比较非常感兴趣。太阳风和日光层会成为生活食谱中的关键成分吗？哈佛大学Opher合作者Loeb说：“如果我们想了解我们的环境，那么我们最好全面了解整个太阳圈。”

然后是那些粉碎DNA的星际粒子的问题。研究人员仍在研究它们到底对地球和其他星球上的生命意味着什么。勒布说，有些人认为他们实际上本可以帮助推动导致像我们这样的生活的基因突变。他说：“以适当的数量，它们会引入变化，突变，从而使生物体得以进化并变得更加复杂。”俗话说，剂量是毒药。“在我们所知道的生活中，总是存在着微妙的平衡。太多的好事是坏事，”勒布说。

不过，在数据方面，很少有什么好事。尽管这些模型似乎正在收敛，但是它们仍然受到太阳系外围数据缺乏的限制。这就是为什么像Opher这样的研究人员希望引起NASA发射下一代星际探测器的原因，该探测器将切开穿过日光层的路径并直接检测日圆周围的拾取离子。到目前为止，只有旅行者1号和旅行者2号航天器通过了这一边界，它们在40多年前发射，携带的是更古老的仪器，其目的是要完成不同的工作。约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的任务倡导者说，一种新的探测方法可能会在2030年代发射出一段时间，然后在10或15年后开始探索日光层的边缘。

Opher说：“借助星际探测器，我们希望至少能解决旅行者一开始发现的无数谜团。”她认为，那值得等待。

参考：Merav Opher，Abraham Loeb，James Drake和Gabor Toth提出的“小而圆形的日光层，是由吸收离子的磁流体动力学模型提出的”，2020年3月16日，自然天文学。DOI：
10.1038 / s41550-020-1036-0