科學家解開了為什麼彗星會發射x射線的謎團

【博科園-科學科普（關注「博科園」看更多）】為什麼彗星在太空中穿越太空的奧秘已經得到了解決，這要歸功於一個團隊的新研究，該團隊包括來自STFC中央激光設備(CLF)和RAL空間的科研人員。長期以來，科學家們一直在想為什麼彗星會輻射出x射線，因為x射線通常與太陽之類的熱物體有關，而彗星則是太陽系中最冷的天體之一。當彗星通過太陽系時，它們與太陽輻射、太陽風和太陽磁場相互作用。這種相互作用產生了一種可見的大氣或彗發，圍繞彗星和彗星的彗尾，在某些情況下產生x射線。這些x射線是在彗星的太陽側產生的，在那裡太陽風影響彗星大氣形成一個弓形衝擊。為了研究x射線是如何從彗星中發射出來的，來自15個研究機構的科學家團隊在巴黎的LULI激光設備上進行了實驗，他們在那裡複製了太陽風與彗星的相互作用。

圖片：CC0 Public Domain

參與該項目的STFC團隊，在為太陽風與彗星的相互作用提供科學模型方面發揮了重要作用。這包括產生等離子體湍流的理論模型，湍流中電子的加速和加速電子的x射線發射。STFC團隊還支持牛津大學的一個團隊進行數值模擬，並進行了目標製造。CLF的教授Bob Bingham領導了參與該項目的STFC團隊。這些實驗結果很重要，因為它們提供直接的實驗證據表明，物體移動通過磁化等離子體可以網站電子加速的天體物理學的一個概況，不僅發生在彗星,而且在行星不但，等我們自己的地球，甚至在超新星殘骸在整個星際氣體噴射物質移動，實驗還證實了該團隊的理論模型。STFC團隊的其他成員包括CLF的Raoul Trines博士和Chris Spindloe，以及來自STFC的RAL空間設施的Ruth Bamford博士。對於CLF的Raoul Trines博士來說，這個項目的亮點是重現了自然的力量。

作為一個理論家發現很神奇的是，在實驗室中合理地複製天體物理現象是可能的，以檢驗我們對自然的物理理解。在實驗中，研究小組將激光束髮射到一個塑料薄膜上，它爆炸了，產生了大量的電子和離子被排出，形成了像太陽風一樣的電離氣體(等離子體)的高速流動。這種「等離子體流」隨後受到一個實心球體的影響，即所謂的實驗室「彗星」，它離塑料箔大約一厘米遠，就像一顆真正的彗星經過太陽系時所發生的情況。研究發現，等離子體湍流使電子在上游等離子體中加熱到大約一百萬度。這些熱電子負責發射x射線，但只在磁場存在的情況下。這項研究也揭示了被稱為注射問題的宇宙射線之謎。人們普遍認為，強烈的激波會加速粒子加速到非常高的能量，然而，它們需要足夠快的粒子來穿過激波，即注入問題。每次粒子穿過激波，它們都會獲得能量。這個最新的實驗清楚地證明了等離子體湍流可以提供一個快速粒子的來源來克服注射問題。

從空間科學的觀點來看，這項研究對於更好地理解創造宇宙射線的機制是很重要的。最危險的宇宙射線是來自太陽或太陽系外的高能粒子。它們能像小子彈一樣穿透厚重的牆壁，給宇航員和航天器技術帶來嚴重的危險。由於太空天氣(眾所周知)破壞衛星，數十億英鎊可能面臨風險。宇航員在地球磁層外的長期任務可能會受到來自這些粒子的生命威脅劑量的輻射。為了保護它們，我們需要了解這種輻射是如何產生的，這樣我們就可以預測它，並發出警告，甚至使用類似的機制保護它。像這樣的實驗室實驗使我們能夠測試我們對宇宙射線如何在受控環境中加速到如此高的能量的理解。在太空中不容易做到的事情。這篇論文發表在《自然物理》雜誌上。

知識：科學無國界，博科園-科學科普

參考：Nature Physics

內容：經「博科園」判定符合今主流科學

來自：盧瑟福阿普爾頓實驗室

編譯：光量子

審校：博科園

解答：本文知識疑問可於評論區留言

傳播：博科園

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