整個太陽系都置身于一個「氣泡」中?如果有一天破裂了會怎麼樣?

天空之城 2022/11/20 檢舉 我要評論

提起氣泡,相信小時候玩過吹泡泡的朋友們都不會陌生,陽光下的泡沫,就像剎那花火一樣,一觸就破。可如果我告訴你, 我們所處的太陽系也是位于這麼一個一觸就破的氣泡中呢?

這事要從2012年8月,旅行者1號穿過太陽圈說起。

旅行者1號遇上的「奇事」

太陽圈是指太陽所能支配或控制的太空區域,它的邊緣也就是太陽系的邊緣。而 當旅行者1號穿過這里時,忽然發現它測量到的等離子體密度猛增了近40倍,科學家們一下意識到:或許有一種膜狀結構包圍著整個太陽系,而旅行者1號一旦穿越了這層結構,就將離開太陽系,到達遙遠的星際空間。

2014年,來自普林斯頓大學、德州大學圣安東尼奧分校、懷卡托大學、洛斯阿拉莫斯國家實驗室、美國西南研究院的研究團隊在研究了旅行者1號發回的數據后,驚訝地發現太陽風施加的壓力突然發生變化。

他們馬上測量了太陽風與星際風碰撞時產生的帶電中性原子,并采用了回聲定位的方式進行了數據建模,結果得出結論,太陽系邊界區域有可能存在巨大漣漪的波紋結構。

位于馬里蘭州勞雷爾的物理實驗室的低能帶電粒子儀器聯合研究員Rob Decker表示:

「我們發現該地區的風速很低,而且陣風并不規律。很顯然,旅行者號似乎進入了一個充滿磁泡泡(magnetic bubble)的新奇國度,非常令人感到驚奇!」

很顯然,這些巨大漣漪的波紋結構很可能意味著太陽系被巨大的類似氣泡一樣的結構所包圍。

每一個氣泡的大小約為1億公里,以旅行者號的速度要數星期才能穿越這麼一個泡泡,旅行者1號約于2007年進入這個泡沫區,旅行者2號則于一年后抵達。

天文學界把這個充滿整體無形磁性氣泡就稱為太陽圈,但這就引發出了一個問題:太陽圈是怎麼形成的?

「太陽圈」是如何形成的?

科學家們普遍認為太陽圈的形成跟太陽風有著直接的關系。太陽風因接觸到星際介質而開始減速的區域稱為終端震波,當太陽風再也無法抵抗星際空間施加壓力的邊界則稱為日球層頂。

而太陽圈的外圍結構取決于太陽風和星際空間風的作用,當太陽風在太陽系外圍遭遇星際物質的阻攔時,不僅速度會大幅度下降,壓力導致太陽風在太陽后方形成像彗星的尾巴,這個區域稱為日鞘。

這里的電磁現象相互作用,相互推動,相互糾纏激蕩,形成了激烈的電磁反應,就好比地球上尼亞加拉大瀑布急沖而下的湍急河水。當磁場被折疊起來,有趣的事情就發生了——磁力線被迫交錯重疊,開始重新連接。

我們在國中物理中就學過:

任何兩條磁力線都不能交錯而過,這個現象和太陽閃焰下方的磁力線會重新連接一樣,于是不斷擠壓折疊的裙擺就會自己重整,有時甚至會爆炸,最后形成泡沫般的磁泡泡。

所以科學家們一直以為它是磁性的泡泡結構,就像我們平日里見到的泡沫。

然而2020年3月,由波士頓大學天體物理學家Merav Opher領導的團隊繪制了太陽圈先進模型,卻告訴人們不是這樣的。經過研究發現,太陽圈的范圍遠超冥王星到太陽距離的2倍多,但形狀卻不像氣泡一樣呈圓形,而更像牛角面包形。

這一說法立刻在天文界引起了軒然大波,為什麼太陽系的氣泡太陽圈不是圓形的,而是牛角面包形的呢?

Merav Opher領導的團隊也對此做出了解釋,他們認為:是從太陽系流進的中性氫離子形成了這一切。

研究人員表示,中性氫粒子會導致太陽圈無法均勻流動,并且中性氫粒子與太陽圈帶電離子相撞會引發一種稱為瑞利-泰勒不穩定性的現象:當兩種不同密度的材料發生碰撞就會形成不規則形狀,由于 中性氫粒子擾動了太陽風,導致太陽圈裂成牛角面包狀。

其實最近的研究表明,這種牛角面包狀的說法也不準確,太陽圈的大小、整體形狀都可能會根據太陽的周期變化而變形。所以它的形狀其實不是一成不變的,而且太陽系周圍的這個氣泡并非均勻對稱分布,最大差異性能延伸到16個天文單位。

針對太陽圈的不規則性,由此誕生了另外一種關于太陽圈形成的說法:超新星爆炸說。太空望遠鏡科學研究所天文學家Catherine Zucker指出:1,400萬年前起有15顆超新星陸續爆炸,并在數百萬年間將星際氣體向外推,形成了我們如今看到的局部氣泡狀結構,且 這個形狀奇特的氣泡并未處于休眠狀態,而是以每秒約6.4公里的速度緩慢擴展增長中。

這個「氣泡」對太陽系起到什麼作用?

其實,身處氣泡當中的我們實際是非常幸運的,因為當第一顆超新星爆炸時,距離我們太陽系還很遠。

我們就好比坐在VIP包間位置上,觀看搖滾表演一樣,清楚地看著氣泡表面發生的恒星形成過程。同時,太陽圈的出現也阻止了來自太空深處威脅地球生命的輻射和致命的高能粒子的撞擊。保護著我們的地球不受到外界因素的攻擊。

而且科學家們推測,不光咱們太陽系有氣泡保護,類似的氣泡在銀河系中其實普遍存在。你們想啊,如果銀河系局部的氣泡很少,我們的太陽系位于銀河系的旋臂上,剛好就穿過了這麼一個巨大氣泡中。

因此有的科學家就把銀河系比作了充滿孔洞的奶酪,每個孔洞都來自于超新星爆發,而這些孔洞的周圍就是氣泡的表面,里面包裹著新誕生的恒星。

所以說,與其擔心這個「氣泡」會破裂,倒不如說它和恒星是「一心同體」的。

當然了,不識廬山真面目,只緣身在此山中,要想了解太陽圈的大小和形狀,唯有飛出太陽系才能回過頭來一探究竟。目前人類只有旅行者1號,2號達到過這麼遙遠的距離。相信在未來,人類仍然不會停止探索的腳步。太陽圈的秘密也終將被人類揭開。

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