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天王星大气层正在逃逸!神秘等离子气泡被发现,地球也有这种结构

1986年1月24日,NASA的旅行者2号探测器靠近天王星,这是人类历史上第一次有探测器如此近距离研究这颗冰巨星。最近的时候,旅行者2号距离天王星仅有8万公里多一点,在这个绝佳的位置上,旅行者2号给我们传回了大量珍贵的科研资料。这些资料,让科学家取得了很多新的发现,比如天王星的磁场、新发现的2个光环……

尽管旅行者2号并没有做过多的停留,在探测了45个小时后就继续飞向下一站,但它留下的宝贵资料,直到今天依然具有重要的参考价值。34年后,NASA科学家在回顾这些资料的时候,又发现了天王星的一个秘密。

他们发现,在天王星上可能存在着一个巨大的气泡,正在泄漏它的大气层,把气体排放到宇宙空间中。

在此之前,科学家就对这些数据进行过分析和研究,不过仅使用了相对粗略的视图。最近,戈达德太空飞行中心的空间物理学家吉娜·迪布拉乔等人不仅重新审视了这些数据,不过每隔2秒钟就进行一次分析。通过他们的细心研究,果然让过去那些科学家错过的一项秘密暴露了出来。

在这些数据的微小波动中,隐藏着一个更巨大的现象——一个等离子气泡。我们现在知道,等离子态是高于固液气之上的物质第四态。不过,在1986年的时候,科学家对于等离子体的了解还比较有限。

吉娜等人发现,天王星的这个等离子气泡是一个巨大的等离子态结构,其中的粒子非常混乱。它们围绕着天王星进行运动,在磁尾的位置形成一个尖状的结构并脱离天王星。这个路径简单来说,大概就是水滴的形状。换句话说,天王星的气体正在逃逸到宇宙空间——冰巨星在泄气!

那么,这个等离子气泡是怎么产生的呢?

科学家介绍,这是由于天王星的磁场造成的。行星的磁场很奇怪,总体上来说,磁场可以保护行星,防止行星的大气层被太阳风给裹挟走。可是,另一方面,行星的磁场自己也会变成大气逃逸的“凶手”。当磁场线发生缠结的时候,就会导致气体的外逸。

这种情况,并不是天王星所特有的,金星、火星、甚至包括我们地球,都有气体外泄的现象。吉娜表示:火星就是一个活生生的例子,它曾经也有浓密的大气层,以及相当的水分。不过经历了40亿年的气体外泄,绝大部分都逃逸到宇宙空间,它就变成了今天的模样(大气密度只有地球的1%)。

导致它们的气体逃逸的原因,也是等离子气泡。因此,在此之前,科学家们也在这些行星上研究过这种结构。不过,由于天王星和海王星的资料太少,所以一直没有发现。

这种情况,在天王星上又有特别之处,那就是天王星的自转轴。我们知道,天王星的自转轴倾角为98°,接近于直角。因此,从宇宙空间上看,天王星几乎是躺着公转的。而它的磁场也非常诡异,和它的自转轴以及公转轨道都有较大的夹角。

如下图所示,黄色箭头是太阳的方向,深蓝色的箭头是它的自转轴,浅蓝色箭头则是它的磁轴。

它的磁轴和自转轴有一个60°的夹角,因此它的磁场也像上图展示的一样,呈现出“摆动”的状态。因此,想要给天王星的等离子气泡建模,是一件非常困难的事。我们目前所知的,就是这个气泡是圆柱体的形状,直径大约为40万公里,长度大约为20.4万公里。

如果我们想对天王星的等离子气泡进行研究,恐怕就要发射一个专门的探测器了。我们前几天说过,经过30多年的空档期,人们对于重返天王星还是充满期待的。不过,由于木星的引力弹弓效应,下一次前往天王星的窗口期大约是10年后,如果错过,还要再等很久。

而目前来说,科学家也只能勉强通过旅行者2号的陈年数据继续进行分析,得到为数不多的一点点可怜的数据。可是,旅行者2号提供的数据的确少得可怜,与等离子气泡相关的数据,仅仅有60秒。因此,短期之内,恐怕我们很难破解天王星的等离子气泡之谜。

科学家之所以对等离子气泡充满好奇,就在于它可以改变行星的大气结构。一旦大气结构发生了变化,就意味着这颗行星整体上都在改变。因此,了解等离子气泡对行星大气的影响,是掌握行星演化趋势的一大要素。

虽然我们目前不知道这种气体逃逸究竟会怎样发展下去、带来其他影响,但基本可以确定,地球的气体至少在10亿年内不会完全逃逸。这对我们来说,也算是一个好消息了。

相关文章:探访天王星和海王星的最佳机会,NASA在等什么,错过还要等十年啊

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