1. 首頁 > 生活百科 > >

天王星周圍的“交通堵塞”可能解開其弱輻射帶之謎

天王星


天王星周圍的“交通堵塞”可能解開其弱輻射帶之謎


詹姆斯·韋伯太空望遠鏡看到的天王星（圖片來源：NASA、ESA、CSA、STScI）
據美國太空網（Robert Lea）：科學家們可能已經解開了圍繞冰巨星天王星及其微弱輻射帶的一個揮之不去的謎團 。帶的弱點可能與行星奇怪的傾斜和不平衡磁場有關；該磁場可能會導致顆粒物在世界各地的“交通堵塞” 。
這個謎團可以追溯到1986年1月旅行者2號訪問天王星，遠在2018年探測器離開太陽系之前 。太空船發現天王星的磁場是不對稱的，與自轉軸傾斜約60° 。此外，旅行者2號發現，天王星的輻射帶由被磁場捕獲的粒子組成 ， 比預測的弱大約100倍 。
這項基于旅行者2號數據模擬的新研究表明，這顆冰巨星的這兩個奇怪方面是相關的 。
“它的磁場是太陽系中獨一無二的 。大多數行星都有很強的固有磁場，比如地球、木星和土星 。它們有一個非?！畟鹘y’的磁場形狀，被稱為偶極子，”首席作者Matthew Acevski告訴Space.com
Acevski解釋說，這項研究突出了天王星的磁不對稱性如何扭曲行星質子輻射帶的結構，尤其是在旅行者2號經過的區域附近 。
Acevski說：“我的假設是，磁不對稱性正在扭曲質子輻射帶，在行星周圍形成輻射帶更受壓縮的區域，因此強度更強；在其他區域 ， 輻射帶更分散，導致強度較弱 ?！?。
“如果旅行者2號飛越輻射帶分布更廣的區域，這可以解釋其觀測到的質子輻射帶弱于預期 ?！?br>太陽系異常
天王星是太陽系中最冷的行星 ， 也是距離太陽第七的行星，在我們行星系的其他世界中很奇怪 。這顆冰巨星像宇宙球一樣旋轉，與軌道平面成97度角向一個方向傾斜 。這意味著，當它旋轉時 ， 它會“側向”旋轉 。它是唯一一顆這樣做的太陽系行星 。
這種傾斜被認為是在遙遠的過去與地球大小的物體碰撞的結果，導致天王星經歷了太陽系中最極端的季節，冬季持續21年 。天王星也是太陽系中兩顆行星之一（另一顆是金星） ， 每84地球年繞太陽旋轉一次，與其他所有行星的旋轉方向相反 。
天王星的寬度大約是地球的四倍，距離太陽的距離大約是地球所在地的19倍 ， 由13個微弱的環和至少28個衛星組成 。天王星也有極光，類似于地球的北極光和南光，但由于該行星的傾斜磁??，諒T┘獠換嵯裨諼頤塹男行悄拘巧踔鐐列巧夏茄魷衷諂淞郊?。
就像所有有磁場的行星一樣，天王星周圍有被捕獲的帶電粒子 ， 形成輻射帶——但為什么這些輻射帶看起來如此微弱，五十年來一直是個謎 。

天王星周圍的“交通堵塞”可能解開其弱輻射帶之謎


1986年旅行者2號宇宙飛船拍攝的天王星圖像 。是時候去這個陌生寒冷的世界執行新任務了嗎？（圖片來源：美國國家航空航天局）
該團隊的模擬放棄了天王星磁場充當偶極子的想法，而是使用更復雜的四極磁場來復制其不平衡性質 。
這表明粒子在通過不同場強的區域時會加速和減速 。粒子速度的變化導致它們在某些區域聚集，在其他區域變得更加分散 。這種效應只有在模擬中考慮到單個復雜的四極磁場時才會出現，這就是為什么以前從未見過這種效應 。
Acevski說：“我們發現天王星的磁不對稱性可能導致行星周圍質子漂移較慢、更壓縮的區域，以及質子漂移較快、更分散的其他區域 ?！??！斑@類似于環路上的交通堵塞 。當汽車行駛速度較慢時，會導致交通更加密集；如果汽車行駛速度較快，交通就會更加分散 ?！?br>Acevski及其同事推測，當旅行者2號造訪天王星時，它穿過了這顆冰巨星輻射帶的一個薄弱區域 。
Acevski說：“我們將旅行者2號的軌跡投影到這個剖面上，發現飛船實際上確實飛行了一個‘快速漂移’區域 ， 這意味著它應該觀察到低于正常質子輻射帶強度的情況 ?！??！爸档米⒁獾氖牵覀兊牧Ｗ幽M顯示，這一結果導致了行星周圍質子強度約20%的最大變化 ?！?br>這意味著該團隊的模型無法完全解釋旅行者2號觀測到的強度低100倍的情況 。
Acevski繼續說道：“無論是什么主要效應導致了這些弱得多的質子輻射帶，都有可能被我們發現的這種效應所加劇 ?！?。“我們對結果感到非常驚訝 ?？吹酱挪粚ΨQ對輻射帶結構的影響有多大，真是令人驚訝 。這是以前不知道的 ?！?br>
天王星周圍的“交通堵塞”可能解開其弱輻射帶之謎


一位藝術家描繪的旅行者2號在其對天王星的瘋狂訪問18年后進入星際空間的畫面 。（圖片來源：美國航空航天局/噴氣推進實驗室加州理工學院）
Acevski指出，他和團隊獲得的結果有助于為未來的天王星航天器任務提供信息 。到目前為止 ， 旅行者2號是唯一一艘造訪這顆冰巨星的航天器 。這意味著有關世界的直接數據極其有限 。
美國國家航空航天局正在計劃最快在2030年發射天王星任務 。這樣的任務可以幫助實驗驗證這一模擬的結論 。
Acevski說：“我們需要驗證這些模擬的是旗艦航天器前往天王星的任務，在幾年內對該行星進行新的原位測量，而不是像旅行者2號那樣只需幾個小時 。” ?！耙豁椥碌娜蝿找部梢宰屛覀儼l現我們甚至無法通過模擬預測的新物理現象 。
“由于這是一顆具有我們從未見過的磁場的行星，因此完全有可能發現全新的現象，這將拓寬我們對行星科學的理解 ?！?br>Acevski當然還沒有結束這個奇怪的太陽系世界 。對研究人員來說，這個冰巨人是一個特別令人著迷的地方 。
Acevski總結道：“天王星對科學提出了一個獨特的挑戰 ， 我發現應對這個挑戰非常有趣 。用這么少的數據就能發現多少，這真的很有趣 ， 而我們實際上只是觸及了表面 。” 。“截至今天，研究冰巨星天王星和海王星的人并不多，盡管它們表現出如此奇怪的特征，特別是在磁場中，因此引起人們對可能發生的奇怪現象的關注 ， 這對我來說是一個非常令人興奮的前景 。”
該團隊的研究于6月發表在《地球物理研究快報》雜志上 。