科学家发现天王星又一个秘密
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2021-02-03 17:45:55
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科学家发现天王星又一个秘密

1986年1月24日,在对太阳系进行大巡游的八年半后,美国宇航局的”旅行者2号”进入神秘的第七颗行星,冰冷的天王星。

在接下来的几个小时内,旅行者2号在天王星云层81433公里的范围内飞行,搜集数据。它发现天王星两个新的环,11个新卫星和低于零下214摄氏度的温度。这些数据仍然是我们目前唯一对这颗行星的了解。

三十年后,科学家们重新检查这些数据时发现了天王星的另外一个秘密。他们在《地球物理研究快报》发表文章称,34年前,旅行者2号飞过了一个一个巨大的磁泡,这个磁泡可能一直在将天王星的大气层带向太空。

太阳系的行星大气均在泄漏到太空中。氢气从金星喷发而出,木星和土星也喷射出带电空气的球状物,甚至地球的大气层也在泄漏,不过别担心,这种现象会再持续十亿年左右。

大气泄露对人类的时间尺度的影响很小,但只要足够长的时间,大气逃逸就能从根本上改变一颗行星的命运,一个典型的例子就是火星。

美国宇航局戈达德太空飞行中心的空间物理学家,火星大气和挥发性演化项目科学家吉娜·迪布拉乔说:”火星曾经是一个大气层非常厚的湿行星。但它随着时间的推移进化了,40亿年的大气太空泄漏将火星变成我们今天看到的干燥星球。”

科学家发现天王星又一个秘密

天王星的磁场。黄色箭头指向太阳,浅蓝色箭头标记天王星的磁轴,深蓝色箭头标记天王星的旋转轴

大气逃逸是由行星的磁场驱动的,磁场既有助于又阻碍这一过程。科学家认为磁场可以保护一颗行星,抵御太阳风的大气剥离。但它们也可以创造逃生的机会,比如当磁场线缠结时,巨大的球体从土星和木星上脱落。

旅行者2号1986年的探测飞行揭示了这颗行星在磁性上是多么怪异。与太阳系中任何其他行星不同,天王星几乎完美地旋转在它的一边,每17小时完成一次旋转。它的磁场轴指向离旋转轴60度远,因此当行星旋转时,它的磁层(磁场所分割的空间)像一个扔得不好的足球一样摆动。科学家们仍然不知道如何建模它。

这个奇怪之处吸引了迪布拉乔和她的合著者丹·格什曼,他们下载了旅行者2号的磁力计读数,该读数监测了当航天器飞过时天王星附近磁场的强度和方向。他们发现,这些巨大的等离子体气泡,或电化气体,从天王星磁尾的末端脱落,它的部分磁场像风向一样被太阳吹回,逃逸的质粒会从行星的大气层中排出离子,从根本上改变其组成。在地球和其他行星上已经观测到它们,但还没有人发现天王星的质体。

科学家发现天王星又一个秘密

1986年旅行者2号对天王星的飞行磁力计数据

迪布拉乔和格什曼在”旅行者2号”的45小时飞行中数据中发现了60秒的质粒现象。在磁力计数据中,它看起来是一个快速向上的闪烁。但是,如果用三维图绘制,它看起来像一个圆柱体。

他们将观察结果与在木星、土星和水星观测到的质粒进行比较,估计圆柱形形状至少长20.4万公里,宽约40万公里。科学家们认为,与所有行星质粒一样,它充满了带电粒子,主要是电化氢。

从质粒体内部的读数可以暗示其起源。一些质状有扭曲的内部磁场,而迪布拉乔和格什曼观察到平滑的闭闭磁回路。这种环状质状通常形成为旋转的行星,将大气层的碎片抛向太空。他们的估计,像这样的质状在天王星的大气质量损失中可能占15%到55%,比木星或土星的比例要大。它很可能是天王星将大气层抛向太空的主要方式。

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