旅行者2号的古早数据揭秘天王星终极谜团

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翻译：张瀚之

校对：牧夫校对组

编排：张莹

后台：朱宸宇

http://www.nature.com/articles/s41550-024-02389-3

第一个幅图展示了天王星的磁层—它的“保护气泡”—在NASA的旅行者2号飞越之前的状态。第二个画面则表明，在1986年飞越期间，一种不寻常的太阳风暴导致了天文学家们对磁层的观察产生了偏差。

来源：NASA/JPL-加州理工

1986年，当NASA的旅行者2号飞船飞过天王星时，天文学家们首次，也是至今唯一一次近距离接触到了这颗奇特的躺着自转的外行星。在发现新卫星和光环的同时，天文学家们也接触到了一些让人费解的谜团。围绕行星的带电粒子群似乎违反了人类对磁场捕获粒子辐射的常识，使得天王星在太阳系中被视为特例。

如今，对38年前飞越时收集到的数据进行的新研究表明，这一特殊的谜团其实源自一个“宇宙巧合”。研究发现，就在旅行者2号飞越前的几天，天王星受到了某种罕见的太空气象影响，这种天气挤压了行星的磁场，使天王星的磁层急剧缩小。

“如果旅行者2号早到几天，它将会观测到一个完全不同的天王星磁层，”NASA南加州喷气推进实验室的Jamie Jasinski说。他是这项发表在《自然天文学》上的新研究的主要作者。“旅行者2号当时观测到的条件仅在大约4%的情况下才会出现。”

磁层作为行星（比如地球）周围的保护气泡，包含了磁核和磁场，它们能够抵御来自太阳风中的带电粒子——即等离子体流的冲击。深入了解磁层的运行机制对我们理解地球乃至太阳系偏远星球以及更遥远的天体都极为重要。

天文学家们对研究天王星的磁层充满热情。天王星磁层中的电子辐射带，这些辐射带的强度仅次于木星著名的强辐射带。然而，天王星的辐射带却似乎没有充足的带电粒子来源来维持活跃的辐射带。实际上天王星磁层的其他部分几乎没有等离子体存在。

这种等离子体的缺失让天文学家们倍感困惑，因为天王星磁层内的五颗主要卫星应该产生水离子，就像其他外行星周围的冰卫星一样。如果这么推断的话，这些卫星可能是完全惰性的——它们没有任何活动。

1986年，旅行者2号在飞越天王星时捕捉到了这张天王星的图像。这次任务数据导致了一个关于它磁层的谜团，现在这个谜团已经被解开！

来源：NASA/JPL加州理工

解开谜团

那么，为什么没能观测到等离子体，是什么导致了辐射带的增强？新的数据分析指向了太阳风。当来自太阳的等离子体撞击并压缩天王星磁层时，它可能将磁层中的等离子体挤出系统。太阳风事件还会短暂地加强磁层动态，为辐射带注入电子，从而“喂饱”了辐射带。

这一发现可能对天王星的五颗主要卫星来说是个好消息：它们中的一些可能在地质上是活跃的。通过对短暂缺失的等离子体的解释，天文学家们认为这些卫星实际上可能一直向周围的磁层喷射离子。

天文学家们正专注于加深对天王星这一神秘系统的理解。2023年，美国国家科学院行星科学和天体生物学十年调查中已将其列为未来NASA探测任务的优先目标。

喷气推进实验室的Linda Spilker是旅行者2号任务的科学家之一，她当时专注于1986年天王星飞越期间传回的图像和其他数据。她记得当时满怀期待和激动，这一事件改变了科学家对天王星系统的理解。

“这次飞越充满了惊喜，我们一直在寻找其异常行为的原因。旅行者2号测量到的磁层只是一个瞬间的切片。”如今，Spilker回归了旅行者2号这一标志性任务，并担任科学团队的项目科学家。“这项新研究解释了一些明显的矛盾之处，并将再次改变我们对天王星的看法。”

旅行者2号现在位于星际空间，距离地球近130亿英里（210亿公里）。

责任编辑：郭皓存

牧夫新媒体编辑部

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