太陽風層的形狀

結合NASA的卡西尼任務的最新數據和兩個旅行者飛船的測量數據以及NASA的星際邊界探測器(IBEX)的觀測，研究者發現我們的太陽和行星被一個來自太陽的巨大的完整磁場系統環繞，對傳統的認為太陽後面的太陽磁場看起來就像是彗星般的尾跡這一觀點提出了質疑。

左圖為太陽風層的壓縮模型，是新數據得到的結果，右圖為原本的模型。兩者的主要區別在於新模型沒有長長的彗星狀的尾部，舊模型中以淺藍色表示尾部。Credit: Dialynas, et al. (左圖); 老大說NASA的圖也不安全，所以煎蛋首位美女畫師阿徹就畫了一下(右圖)

太陽不斷釋放出磁性材料，形成所謂的太陽風，充斥於整個太陽系內部，最遠可達海王星。太陽風形成了一個氣泡，形成230億英里跨度的太陽風層。整個太陽系，包括太陽風層，均在星際空間中移動。最普遍的太陽風層圖景是一種彗星似的結構，圓形的頭部以及長長的尾部。但囊括整個11年太陽活動周期的新數據表明可能並非如此：太陽風層可能在兩端都是圓形的，因此形狀近似於球形。相關論文已發表在4月24日的自然天文學雜誌上。

credit: 煎蛋畫師KOLALC

研究第一作者、希臘雅典學院空間科學家Kostas Dialynas說道：「這一近似氣泡形狀的太陽風層是由比原先預計更強烈的星際磁場和太陽風鞘內部的粒子壓力與磁壓的較高比率兩者共同引起的。」

卡西尼號已經探索土星系統十幾年了，上面裝備的一個儀器為科學家們估計太陽風尾的形狀提供了新的線索。當來自太陽系內部的帶電粒子抵達太陽風層的邊界，常常會經歷一系列的與來自星際物質的惰性氣體原子的電荷交換，在穿過廣闊的邊界區域時丟掉和重獲電子。某些粒子成為中性原子反向飛回太陽系內部，然後為卡西尼號所觀測到。

很多其他恆星都有一個長長的彗星狀的拖尾，因此按理我們的太陽系也有一個。但是，新的觀測數據表明我們的太陽系可能沒有這麼長的尾巴。左上順時針依次為LLOrionis, BZ Cam 和 Mira恆星。Credit: 煎蛋靈魂畫師小編bakako

研究的作者之一、馬里蘭州勞雷爾的約翰霍普斯金大學應用物理實驗室成員、NASA的旅行者和卡西尼任務的儀器負責人Tom Krimigis說道：「卡西尼儀器是為捕獲土星磁層中的離子圖像而設計的。我們從沒想到會看到這個，居然能顯像太陽風層的邊界。」

由於這些粒子能以光的一小部分速度移動，從太陽到太陽風層的邊界然後再回來需要花費幾年。因此當來自太陽的粒子數目變化時——通常是11年的活躍周期，要反映到返回太陽系內部的中性原子數目上還需要幾年。

卡西尼對這些中性原子的新測量數據揭示了一些意料之外的東西——來自太陽風層尾部的粒子反應的太陽周期的變化與來自太陽風層前端的幾乎一樣及時。

Krimigis說道：「如果太陽風層的尾部像彗星一樣伸得很長，那麼根據測量的中性原子得到的太陽周期模式就應該晚得多。」

上圖為太陽風層的壓縮模型。Credit: Dialynas, et al.

但由於尾部粒子得到的太陽活動模式與前端粒子得到的幾乎同步，這表明尾部的粒子與我們的距離與前部差不多。也即曾經認為的長長的彗星狀的尾部可能並不存在，而是呈現出近似的對稱球體。

球形太陽風層可能是多種因素共同作用的結果。旅行者1號的數據顯示太陽風層外的星際磁場比科學家先前所想更為強烈，意味著將與太陽風層邊緣的太陽風相互作用，並壓縮太陽風層的尾部。

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太陽風層的結構極度影響來自星際空間的粒子——稱為宇宙射線，能否抵達太陽系內部。

旅行者號和IBEX項目的NASA華盛頓總部科學家、未參與此研究的Arik Posner說道：「旅行者1號和2號、卡西尼以及IBX提供的新數據對於研究太陽風的遠端是場意外之喜。隨著我們持續收集太陽風層邊緣的數據，我們將能更好地理解幫助地球環境抵禦有害宇宙射線的星際邊界。」

論文原文DOI:10.1038/s41550-017-0115

本文譯自 phys，由譯者 CliffBao 基於創作共用協議(BY-NC)發布。

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