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天文學家們首次清晰地觀察到太陽系的“後視鏡”。他們看到的是一條像螺旋鑽一樣扭曲的磁尾。
雖然我們傾向於認為太陽是靜止的,行星圍繞它執行,但實際上太陽系正以每小時一百萬英里的速度在銀河系中穿行。太陽始終在向各個方向拋射帶電粒子,稱為太陽風。當太陽穿過銀河系的磁場時,太陽風被壓平成子彈形狀,形成一條長長的尾巴拖在後面。
這些觀測是由星際邊界探測器(IBEX)進行的,這是一顆由NASA於2008年發射的衛星。與傳統望遠鏡不同,IBEX 不觀測光,而是觀測原子。在太陽風和星際介質(填充恆星之間空間的寒冷、黑暗的氣體和塵埃)的邊界處,來自太陽風的離子從星際介質的原子中竊取電子。這改變了太陽離子的電荷,使其從正電荷變為中性,從而擺脫了太陽磁場的束縛。它們向不同的方向飛去——其中一些到達了 IBEX 上的探測器,探測器將原子的方向和能量轉化為子彈形日球層的地圖。
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透過彙編 2008 年至 2011 年間記錄的資料,任務科學家們組裝了一張日尾結構的地圖,日尾像船的尾跡一樣拖在太陽系後面。因為我們是從尾巴的長度方向向下看,所以很難測量它延伸有多遠。根據探測到的粒子的能量,任務科學家們估計,尾巴正在沿長度方向蒸發,其長度是地球與太陽之間距離的 1000 倍——大約 1500 億公里。
IBEX 首席研究員、西南研究院(SwRI)空間科學與工程助理副總裁大衛·麥科馬斯在 7 月 10 日的新聞釋出會上說:“這項[發現]的新穎之處在於,我們以前從未能夠從我們穿過星際介質的方向移開視線。”
研究人員發現,隨著尾巴的伸展,它會略微螺旋式扭曲。“這種傾斜是觀測中一個非常有趣的方面,”麥科馬斯說。這種扭曲“不可能是由太陽引起的”。最可能的罪魁禍首是銀河系磁場對太陽風的拉扯。
麥科馬斯解釋說:“想象一下用高空彈跳繩繞著沙灘球。透過拉動[繩索],它們會施加力。磁場的作用也是如此:它對日球層的外邊界施加力。這種力擠壓日尾,使其不再是圓形,而是像雞蛋一樣扁平。但它也會扭曲尾巴,使其轉向並與磁場對齊。”
IBEX 團隊正在使用來自“旅行者”號探測器的資料來拼湊日球層的結構——日球層是由太陽系在銀河介質中的向前運動所雕刻出的子彈形氣泡。“旅行者”號雙探測器於 1977 年發射,目前正在穿過距地球 180 億公里的日球層頂。“旅行者”號正在發回關於太陽磁場和銀河磁場之間相互作用的資料。“IBEX 就像核磁共振成像,”麥科馬斯說,“我們可以拍攝整個身體的影像,看到全貌,而‘旅行者’號更像是活組織檢查。它們是非常精確的區域性測量,僅位於一兩個特定位置。”
研究人員認為,藉助來自 IBEX、“旅行者”號和許多其他觀測太陽本身的衛星的資料,他們正在進入太陽研究的新時代。“每當太陽打噴嚏或發生爆發時,我們都可以從各個方面看到它,”IBEX 專案科學家阿里克·波斯納說。
IBEX 任務計劃持續執行到 2016 年。這將使天文學家有機會觀察日球層如何演變並對來自太陽的變化做出反應。“IBEX 基本上看到的是多年前產生的太陽風。在太陽活動極大期[預計在今年晚些時候發生]期間,這種結構會崩潰。在未來幾年,這些粒子將向外傳播並向下彎曲到日尾。我們期望我們應該能夠看到日尾結構上不斷變化的太陽。我們希望如果 IBEX 保持健康,我們能夠進行這些測量。”