在旅行者2號的觀測中發現了天王星洩露大氣的證據

2020-12-26 陀螺的心

美國國家航空航天局戈達德太空飛行中心的兩位科學家回顧了1986年旅行者2號宇宙飛船收集的舊數據,得出了一個驚人的發現:天王星的大氣層正在逐漸逃逸到太空中。

1986年1月24日,當旅行者2號飛到冰巨星天王星82,000公裡以內時,地球上的反應是失望。隨著木星和土星令人興奮的飛掠,它們的大氣、光環系統和衛星充滿了個性和驚喜,相比之下天王星顯得平淡無奇。

多年以來,天文學家一直認為這個結論是錯誤的。這個巨大的冰——它的大氣主要由氫和氦組成,但含有大量的「冰」,包括氨、甲烷和水——比我們想像的要活躍得多。它的大氣層顯示出條帶和風暴,尤其是在紅外線下觀察時,它的旋轉在太陽系中是獨一無二的:它在它的一邊旋轉,它的兩極傾斜了幾乎98度(相對於黃道平面)。這導致了一些有趣的大氣擾動隨著季節的變化。此外,由於天王星的磁場與它的自轉軸有60度的傾斜,這意味著當它每17小時14分鐘自轉一次時,它的磁場會出現擺動,這使得科學家們很難破譯。

因此,當旅行者2號多年前經過天王星附近時,它的任務之一就是仔細測量天王星的磁場。現在,戈達德的Gina DiBraccio和Dan Gershman以比以往更高的保真度重新分析了磁強計觀測數據,記錄了1.92秒的新數據點。他們在數據中發現了一個前所未聞的峰值,持續時間僅為60秒:這是一種被稱為「等離子體」現象的證據。

旅行者2號在天王星記錄到一個等離子體也許我們不應該感到驚訝,因為他們已經被探測到來自太陽系中其他有大氣和磁場的行星,但是在1986年,等離子體並沒有得到很好的研究。等離子體是一個由等離子體或離子化的原子和分子組成的氣泡,它被磁場包裹著,而磁場是地球磁尾的一部分,地球磁尾是地球磁泡的一部分,被太陽風吹到地球磁尾。

DiBraccio和Gershman認為,旅行者2號觀測到的等離子體主要是由氫離子構成的,當它離開這顆行星時,它在太空中擴展了20.4萬到40萬公裡,旅行者2號在其中穿行。更重要的是,磁強計的數據表明,等離子體中的磁場呈閉合環狀。這些是典型的充滿物質的類等離子體,這些物質是由行星自身的旋轉所拋出的。

格什曼說:「離心力起了主導作用,而原生質開始收縮。」他和迪布拉齊奧計算出,超過一半的天王星大氣損失(太陽風也會從大氣中帶走一些物質)可能是由該行星分離出的等離子體造成的。然而,他們承認,在目前階段,這些結論仍然不確定。

「想像一下,如果一艘宇宙飛船飛過這個房間,試圖描繪整個地球的特徵,」迪布拉齊奧說。「顯然,它不會向你展示任何有關撒哈拉或南極洲的情況。」

解決辦法是我們得回去。狄勃拉克西奧和格什曼正在研究舊數據,以幫助弄清楚一個新的天王星任務需要問哪些問題。現在我們知道了其中一個問題是什麼,但是關於天王星的內部,它的大氣,是什麼產生了它的磁場,是什麼使這顆行星傾斜,還有很多其他的問題仍然存在。

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