誤解近40年：天王星輻射之謎是“誤會”

IT之家 12 月 16 日消息，科技媒體 Space 于 12 月 10 日發(fā)布博文，報道稱西南研究所（SwRI）科學家通過重新分析 1986 年“旅行者 2 號”飛掠天王星的舊數據，解開了一個困擾學界近 40 年的磁層謎團。

作為唯一造訪過天王星的人類探測器，“旅行者 2 號”于 1986 年 1 月 24 日傳回了令人費解的數據。數據顯示，這顆冰巨星擁有一個極其怪異的磁層：其磁場中心偏離行星核心，且與自轉軸呈 59 度傾角。

1986 年，旅行者 2 號飛掠天王星時，看到的天王星是一個幾乎沒有特征的灰綠色球體。圖源：美國宇航局

更反常的是，當時探測到的磁層內幾乎沒有等離子體（電離氣體），卻充滿了極高密度的電子輻射帶。這種“空蕩卻高能”的矛盾狀態(tài)，在此后近 40 年里一直被誤認為是天王星的固有特征。

圖源：Pixabay

西南研究所（SwRI）的羅伯特?艾倫（Robert Allen）團隊利用現代技術重新審視了這些舊數據，并得出了顛覆性結論，認為當年“旅行者 2 號”觀測到的并非天王星的常態(tài)，而是一個極低概率的巧合。

研究指出，“旅行者 2 號”飛掠時，天王星恰好遭遇了一種被稱為“共旋轉相互作用區(qū)（CIR）”的太陽風結構。這是一種源自太陽的高速粒子流激波，它在探測器抵達前夕劇烈壓縮了天王星磁層，將原本存在的等離子體“擠”出了系統，導致探測器讀數顯示等離子體缺失。

研究團隊為了驗證這一假設，采用了比較行星學的方法，將目光投向了地球。2019 年，地球曾經歷過一次類似的強太陽風暴事件。

旅行者 2 號飛掠天王星時，示意圖展示一個共旋相互作用區(qū)是如何激發(fā)天王星輻射帶并壓縮其磁層的，圖源：美國宇航局

SwRI 的首席科學家 Robert C. Allen 博士指出，通過對比地球在類似條件下的反應，團隊發(fā)現太陽風與磁層的相互作用會產生劇烈的高頻波。在特定條件下，這些波不僅不會驅散電子，反而會將其加速至接近光速，從而在短時間內形成高能輻射帶。

天王星當時很可能發(fā)生了同樣的物理過程：太陽風激波不僅排空了等離子體，還為電子帶注入了額外能量，從而制造了“異常活躍”的假象。

西南研究院（SwRI）的科學家們將 2019 年地球上發(fā)生的強烈太陽風暴（第二幅圖）所引發(fā)的快速太陽風結構（第一幅圖）的空間天氣影響，與 1986 年旅行者 2 號探測器在天王星觀測到的情況（第三幅圖）進行了比較，以期解開困擾人們 39 年的關于極端輻射帶的謎團。“合唱波”是一種電磁輻射，它可能會加速電子，而這種輻射可能正是由太陽風暴產生的。圖源：西南研究院

這一發(fā)現意味著，科學家過去 40 年對天王星磁層的認知可能基于一個“特例”時刻，而非其常態(tài)。艾倫強調，如果在非太陽風暴期間觀測，天王星的磁層可能看起來完全不同，甚至更接近其他行星的標準模型。

這一結論推翻了“天王星磁層總是怪異”的舊有假設，不僅對理解海王星（同樣擁有傾斜磁層）具有重要參考價值，更為 NASA 將天王星探測列為優(yōu)先任務提供了無可辯駁的科學理由。

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