IBEX敲定星际磁场

[ 录入者:Melipal | 时间:2016-03-18 21:49:59 | 作者:Melipal译 | 来源:NASA | 浏览:1739次 ]

原文标题:NASA’s IBEX Observations Pin Down Interstellar Magnetic Field

作者:Sarah Frazier   原文来自:NASA   Posted: 2016. 2. 26

编译:Melipal   审校:Linq (编译版权所有,未经许可请勿转载。)

在2008年的发射后不久,NASA的星际边界探测者卫星(IBEX)就在太空中的一薄层内瞥见了怪事:在天空中一道长而窄的条带中,比其他区域更多的粒子向内流入。人们并不知道这条所谓IBEX条带的起源,但它的存在本身就打开了观测太阳系以外情况的新窗口,这就好像是窗户上的雨水下落的方式可以告诉你更多户外天气的信息一样。

现在,一项新的研究使用IBEX的数据以及星际边界(位于包裹着太阳系的巨型磁泡——日球层的边缘)的模拟结果,更好地描述了我们在银河系中的后院。相关论文于2016年2月8日发表在《天体物理学报通信》杂志上,文中精确地确定了日球层以外磁场的强度和方向。这样的信息让我们一窥支配着外部银河的磁力,告诉了我们更多关于自身在宇宙中所处位置的信息。

(艺术概念图)在海王星轨道之外很远处,太阳风与星际介质的相互作用产生了一处名为内日球层鞘的区域,其内边界是终端激波,外边界是日球层顶。(图片提供:NASA/IBEX/Adler Planetarium)

新的论文依据是IBEX条带的某种起源理论,也就是从条带中流入的粒子实际上是在走过漫长旅途来到太阳磁场边界后被反弹回去的太阳物质。一个名叫日球层的巨型磁泡存在于太阳周围,其中充斥着所谓的太阳风,也就是从太阳流出的持续带电气体(等离子体)外流物。当这些粒子抵达日球层边界后,它们的运动就变得更加复杂了。

论文的第一作者、来自德克萨斯州圣安东尼奥市(San Antonio)西南研究所的空间科学家埃里克·泽恩斯坦(Eric Zirnstein)说:“理论认为,在一系列复杂的电荷交换反应之后,一些太阳风中的质子被作为中性原子送上了飞回太阳的方向,形成了IBEX条带。模拟工作与IBEX观测指出,这一平均耗时3到6年的过程是IBEX条带最有可能的起源。”

在日球层外分布着星际介质,其中存在着速度、密度和温度与太阳风中有所不同的等离子体,还拥有中性气体。这些物质与日球层的边缘相互作用,形成了一个名为内日球层鞘的区域。内日球层鞘的内边界是终端激波(这里与我们的距离是冥王星轨道的两倍以上),外边界是日球层顶,也就是太阳风与相对致密的星际介质之间的边界。

一些太阳风中的质子从太阳流出,抵达这个区域,并获得了一个电子。这样它们就变成了中性原子,得以跨越日球层顶。一旦抵达星际介质,它们可能会再度损失电子,并环绕着星际磁场回旋运动。如果这些粒子在恰当的地点和时间获得了另一个电子,就可以射回日球层中,并返回地球,撞击IBEX的探测器。这些粒子携带着星际磁场中所有相互作用的信息,当它们撞击探测器时,可以为我们提供宇宙中这一区域特性的空前线索。

泽恩斯坦说:“只有旅行者1号探测器曾经直接观测过星际磁场,而且还是靠近日球层顶部的扭曲磁场。不过这项分析让我们漂亮地确定了更远处的磁场强度和方向。”

条带中不同粒子射回地球的方向是由星际磁场的特性决定的。举例来说,模拟表明,与能量较低的粒子相比,能量最高的粒子是来自宇宙中的不同区域的,这为我们提供了星际磁场与日球层相互作用方式的线索。

这张模拟图说明了在日球层顶(标为HP)之外条带中不同能量或速度的粒子起源。IBEX条带中的粒子与星际磁场(标为ISMF)相互作用,并向内朝向地球飞来,一同让人产生了条带横跨天空的观感。(图片提供:SwRI/Zirnstein)

在最近的这项研究中,这样的观测被用于设置条带起源模拟的初始条件。这些模拟不仅正确给出了条带中不同能量的中性粒子分布的位置,还给出了与旅行者1号的测量、星际中性气体的偏折和远方星光的偏振观测相符合的星际磁场。

然而一些星际磁场的早期模型吻合得并没有那样好。这些IBEX之前的工作主要是基于两个数据点进行的,它们分别是旅行者1号和2号穿过终端激波的距离。

泽恩斯坦说:“旅行者1号在距离太阳94天文单位(AU)的地方穿过了终端激波,而旅行者2号穿越时的距离是84 AU。几乎达到9.3亿英里的差别主要是通过高度倾斜的星际强磁场推动日球层来解释的。”一天文单位约合9300万英里,也就是日地平均距离。

但是考虑太阳活动周的更大影响,也可以解释这样的差别。太阳活动周会导致太阳风强度的变化,因此就可以改变旅行者1号和2号飞行方向上终端激波的距离。两架旅行者号探测器各自进行测量的时间几乎隔了3年,这使得多变的太阳风有充分的时间来改变终端激波的距离。

泽恩斯坦说:“这一领域的科学家正在开发更复杂的含时太阳风模型。”

模拟结果大致与旅行者号的数据相符。

IBEX条带是一道相对较窄的粒子带,这些粒子从日球层之外朝向太阳飞来。一项新的研究确认,组成IBEX条带且源自日球层之外的粒子实际上起源于太阳,还揭示出了远方星际磁场的信息。(图片提供:SwRI)

来自马里兰州格林贝尔特(Greenbelt)NASA戈达德太空飞行中心的IBEX任务科学家埃里克·克里斯蒂安(Eric Christian)说:“新的发现可以让我们更好地了解自身所在的空间环境与日球层顶外的星际环境的相互作用。对这种相互作用的了解转而会帮助我们彻底解释IBEX条带的起源之谜。”

西南研究所与美国和国际伙伴合作,领导着IBEX项目。NASA的戈达德中心为华盛顿的NASA科学任务理事会太阳物理学分部管理着探索者(Explorers)计划。

(全文完)

Tags:星际磁场 IBEX

责任编辑:Melipal

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