本文參加百家號 #科學了不起# 系列徵文賽。
1986年1月24日,在從地球出發對太陽系進行大巡遊的八年半後,NASA的旅行者2號宇宙飛船已經做好了準備,它將對天王星進行首次近距離考察。這一天,旅行者2號飛抵了太陽系神秘的第七顆行星——冰冷的天王星,在接下來的幾個小時裡,旅行者2號一直在距天王星雲層頂部81433公裡的範圍內飛行並收集數據。它發現兩個新的環、11顆新衛星和低於零下214攝氏度的溫度。到目前為止,該數據集仍然是我們手上唯一的對天王星最近距離的測量數據。
三十多年後,當科學家們重新檢查這些數據時,發現了另外一個從前不知道的秘密:34年前的旅行者2號在飛越天王星時,穿過了包圍天王星的一個巨大的磁泡,而正是這個磁泡,可能一直在將天王星的大氣層帶向太空,造成天王星大氣洩漏。這一新發現被刊登在近期的《地球物理研究快報》上,從而引發了科學家們對地球磁環境可能同樣會帶來類似問題的關注。
在太陽系中,行星大氣洩漏到太空中並不常見,所以人們也從來沒有擔心過地球的大氣層也會洩漏到太空中。但是,鑑於天王星的磁場導致了天王星的大氣洩漏,科學家有理由懷疑地球目前也正在經歷這個過程。但同時他們又認為,對於地球,我們目前還不用太擔心,這種大氣洩漏大約會持續十億年左右,從時間尺度上來看對人類的影響很小。當然,如果未來的人類能在地球上生存足夠長的時間,那麼大氣逃逸就能從根本上改變我們這顆行星以及人類後代的命運。而離我們不遠的地方就有一個例子,那就是火星。
美國宇航局戈達德太空飛行中心的空間物理學家、火星大氣和揮發性演化項目科學家吉娜·迪布拉喬說:"火星曾經是一個大氣層厚厚的潮溼行星,但隨著時間的推移,火星經歷了約40億年的大氣洩漏,從而成為我們今天看到的乾燥星球。」但是,過去通常認為,火星大氣之所以逃逸是因為火星的磁場強度很弱,從而無法抵禦太陽風將火星大氣剝離。但從天王星的例子來看,行星的磁場可能是一把雙刃劍,它既有助於行星大氣逃逸,同時也會阻礙行星大氣逃逸,但其中的機理是什麼,科學家們目前還不清楚。
與太陽系中的任何一個行星都不同,天王星幾乎是躺在軌道上自轉的,這樣奇特的運動方式造成了天王星的磁軸偏離自轉軸約60度,因此當天王星旋轉時,它的磁層,也即磁場所分割的空間,就像一個扔得不好的橄欖球一樣擺動。因為這個原因,科學家們目前仍然不知道如何為天王星的磁場分布建模。
在這次重新檢查旅行者2號的數據時,他們下載了旅行者2號的磁力計讀數,該讀數監測了天王星附近磁場的強度和方向。科學家們發現,當太空飛行器飛過時,實際上它正穿過一些巨大的等離子體氣泡,這些磁泡從行星磁尾的末端脫落,然後被太陽風吹走,從而帶走了天王星的部分大氣。據估計,由此給天王星造成的的大氣損失可能佔總量的15%到55%。這是一個巨大的數字,如果地球也是這樣,則我們將不得不為地球的未來而擔憂。