年8月20日,旅行者2号,承载着人们对遥远深空探索的渴望,从地球发射。经过8年半的星际飞行,于年1月24日遇到了太阳系蓝色的冰巨星——天王星。在天王星云层上方8.1万千米的轨道上,旅行者2号飞行了45个小时,为我们展示了这颗神秘的隐藏在深空的星球,不为人知的一面。
浅蓝色朦胧迷雾下的天王星由于大气中的甲烷吸收了红色波长的光线,天王星表面呈现出迷雾般的朦胧淡蓝光晕,在黑色的星空背景下,显得神秘恬静美丽。除了两个新的行星环和11颗卫星,旅行者2号在离开天王星之前,还为我们测量出了天王星表面的确切温度——零下℃。
天王星观星,一切都笼罩在淡蓝中随后,这次天王星发现之旅以及飞行中记录下的宝贵数据,在人们欢喜雀跃之后,渐渐束之高阁。
子曰:“温故而知新,可以为师矣。”
谁曾想,当人们再次检视这批尘封已久的数据时,竟从其中发现了天王星深藏了亿万年的秘密。
年1月,旅行者2号途经天王星上空时,曾穿越了一个等离子团。正是这团带电离子体,裹挟着天王星的大气,将其抛入太空中。对比其他行星,天王星这种方式的大气损失要大得多。而天王星特殊的自转和诡异的磁场环境,对此要付负主要责任。这个发现,已经被发表在《地球物理通讯》上。
黄为公转轴,浅蓝为磁轴,深蓝为自转轴太阳系中的行星,大都存在大气逃逸的现象。
在金星上,氢气从地表喷涌而出,在太空中与太阳风交融汇聚,木星和土星也会向太空中喷出带电的气体团,甚至地球也存在大气损失泄露的情况。但是,不用担心,这种级别的泄露,地球的大气至少可以再撑十亿年。
虽然我们可以放任这种泄露,对其视而不见。但从行星演化的角度来看,这种泄露将会彻底改变一颗星球命运。40亿年前的火星,曾经是一个湿润的,有着足够大气的理想世界。但随着大气的丢失,它逐渐变成了今天的模样,干燥、沙尘暴肆虐,毫无生机。
干燥且毫无生机的火星磁场,对于行星的大气来说,可以说成也萧何,败也萧何。磁场可以保护行星大气不被剧烈的太阳风吹散(水星由于质量太小无法形成足够磁场,加上离太阳太近,充满带电粒子的太阳风会直接轰击它的表面,留下道道伤痕),同时也在某种程度上,策划着行星大气的泄露。在木星上,在磁感线相互交错的区域,大块的气体团会在离心力的作用下,借用磁场的特殊结构,喷涌至太空中。
不像太阳系中的其他行星,天王星的自转轴与其公转轨道几乎是平行的,换句话来说,天王星是躺着进行自转的,每隔17小时,就会“向前打滚”一周。而它的磁轴,与自转轴存在60°的夹角。所以当天王星自转时,它的磁场空间就会像一个毫无规律飞行的足球一样。科学家们至今没有找到描绘它变化的模型。
天王星行星磁场一瞥这个怪异的现象吸引了致力于研究冰巨星未解之谜的科学家,也正是他们,从尘封已久的数据中,获取了新的发现。
年,旅行者2号在天王星上空飞行了45小时,详尽记录了所经过空域磁场的强度和方向。这些数据在传送回地球时,就已经被当年的学者们解读研究。谁知,在数据细微变化毫厘间,还隐藏着有关天王星大气泄露的秘密。年,当把这45小时的见闻,以每1.92秒一个点的间隔,在纸上重放时,科学家惊喜地发现,在白纸平滑的曲线上,出现了一个微小的z型波动。这个微小的信号突变,向我们诉说着那个风雨兼程的远行者,在天王星上空穿越等离子团时惊心动魄的遭遇。
上世纪80年代,人们对等离子团几乎一无所知。随着近年来对外层空间探索的深入,我们逐渐了解到,等离子团是造成行星丢失物质的重要原因。我们知道,当行星的磁场在太阳风的压缩下,远离太阳的一侧会形成宛如漏斗底部的磁尾。而行星上空的由电离气体构成的等离子团,会在磁尾处隔断。如果时间足够长,逸散的等离子团将会不断抽离行星大气中的离子,从而改变行星的命运。
行星磁场与太阳风作用示意图人类曾在包括地球在内的多数行星上,发现了这种现象,但从未在天王星上发现过等离子团。通过分析当年的数据,科学家们肯定,天王星上空的磁场中,也存在等离子团。
旅行者2号在天王星上空,飞行了近45小时,但在等离子团中的时间,仅仅为1分钟。这让我想起了《三体》中,误入四维空间的恒星级战舰——蓝色空间号的神奇遭遇和改变历史的发现。我很想知道这短短的60秒中,旅行者2号到底看到了什么。
根据计算,这个等离子团呈圆柱形,约20万千米长,40万公里宽。和其他行星类似,在它内部,充满了带电的氢原子。尽管大多数等离子团都会存在扭曲的内部磁场,科学家们却在天王星的等离子团磁场中,描绘出了光滑闭合的磁感线。当行星的自转将部分大气抛向外层空间时,就会形成这类拥有闭环的等离子团。
这个过程中,天王星自转的离心力将气体甩出行星表面,随后离子态的气体在磁尾处被吸走。对于天王星而言,其表面15%-55%的气体损失,都是这样发生的。由此造成的气体损失,大大超过了木星和土星,这应该和天王星诡异的自转和磁场有着密切关系。
天王星很大,但时间更大。随着大气的不断损失,我猜想,等到人类亲自造访天王星那天,它将以新的容颜,迎接人类的到来。
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