科学家绘制出日球层边界的三维地图,观测太阳风与星际风间激烈碰撞

  科学家们首次绘制出了日球层边界的三维地图,从而更好地了解太阳风和星际风是如何相互作用的。

  日球层顶(heliopause),即日球层(棕色)和星际空间(深蓝色)之间的边界。多年来,物理模型一直在理论化这一边界。

   

  近日发表在《天体物理学杂志》(Astrophysical Journal)上的论文中,来自洛斯阿拉莫斯国家实验室的科学家、第一作者丹·瑞森菲尔德(Dan Reisenfeld)表示:“这是我们第一次真正能够测量它,并绘制它的三维地图。”

  日球层是由太阳风产生的气泡(太阳风的影响范围),太阳风主要由质子、电子和阿尔法粒子组成,从太阳延伸到星际空间,保护地球免受有害的星际辐射。

  Reisenfeld和一个由其他科学家组成的团队使用了来自美国宇航局绕地星际边界探测卫星(IBEX)的数据,该卫星长期以来负责探测来自日鞘(heliosheath,太阳系和星际空间之间的边界层)的粒子。这个团队能够绘制出这个区域的边缘——一个被称为日球层顶的区域。在这个区域,向外推向星际空间的太阳风,会与向内推向太阳的星际风发生碰撞。

  为了进行测量,他们使用了一种类似于蝙蝠使用声纳的技术,利用向各个方向发出的太阳风来创建日球层的地图。

  他们通过IBEX卫星对高能中性原子(ENAs)的测量实现了这一目标,这种中性原子是由太阳风粒子和星际风粒子之间的碰撞产生的。信号的强度取决于击打日鞘的太阳风的强度。当波浪碰到鞘层时,ENA计数就会上升,IBEX就能检测到。

  “太阳发出的太阳风‘信号’的强度各不相同,形成了独特的模式,”Reisenfeld解释说。“IBEX将在2-6年后的太阳辐射返回信号中看到同样的模式,这取决于太阳辐射的能量和IBEX透过日层观测的方向。这个时间差就是我们在特定方向上找到ena源区域距离的方法。”

   

  然后,他们利用2009年至2019年整个太阳周期收集的数据,用这种方法构建了三维地图。

  “通过这种方法,我们能够看到日球层的边界,就像蝙蝠用声纳‘看到’洞穴的墙壁一样。”Reisenfeld补充称。

  Reisenfeld的地图显示,在面向星际风的方向,太阳到日球层顶的距离最小,大约是120 AU(天文单位,1AU约为1.5亿千米);而在相反的方向上,它至少延伸350 AU,这是探测技术的距离限制。

  日球层顶的物质行为与太阳风、星际介质等的作用密切相关,这一结果也对太阳系环境研究具有重要意义。该研究于6月10日发表,题为“A Three-dimensional Map of the Heliosphere from IBEX”。

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