天文学家首次给太阳系拍摄了一张 X 光片，结果都沉默了

人类首次重建外部视角太阳系软 X 射线图像。

根据 eROSITA 探测器 2021 年 5 月至 10 月数据重建的 X 射线天空图像（动画）。K. Dennerl / the eSASS team (MPE) / E. Churazov / M. Gilfanov (IKI)

X 射线的用途不仅是给病人做胸透，它还会让宇宙看起来格外壮观；更加重要的是，X 射线能够让我们洞察那些平常无法看到的东西。但是有时我们会很难将宇宙的一部分——比如太阳系，从更为广阔的主体——比如银河系的 X 射线影像中隔离出来作单独研究，因为它们产生的 X 射线信号通常会交织在一起，难以分辨。

但最近来自马克斯･普朗克地外物理研究所（Max Planck Institute for Extraterrestrial Physics）的一个科研团队，却赢得了这一挑战——他们首次在 X 射线波段上，成功地将太阳系产生的微光，从宇宙的深空背景中分离了出来。

2019 至 2021 年间，由俄罗斯和德国联合研制的“光谱-伦琴-伽马（SRG）”探测器，搭载着“扩展伦琴巡天成像望远镜阵列（extended ROentgen Survey with an Imaging Telescope Array，eROSITA）”，在 X 射线波段上，获得了 4 幅全天图像。研究人员从这 4 幅全天图像中，首次分离出了太阳风电荷交换（SWCX）产生的辐射信号，获得了迄今为止清晰度最高的太阳系软 X 射线微光图像。

所谓软 X 射线微光，通常是因带电的太阳风离子——比如碳和氧离子——在地球高层大气和日光层的中性原子身上攫取电子而产生。以前人们认为，太阳风电荷交换产生的 X 射线微光只是一种干扰信号，因为它会导致数据失真，影响 X 射线天文研究；但新的研究结果表明，事实并不完全是这样。

SRG 探测器在距离地球约 150 万千米的地日 L2 拉格朗日点上运行——这使得它可以避开地球的高层大气——亦即所谓“地冕（geocorona）”产生的 X 射线干扰。其长期观测能力还使得研究人员可以从太阳活动的极小期就开始追踪太阳活动引起的 X 射线强度变化。通过对比观测数据，研究人员成功地将日光层产生的 X 射线分离了出来，并首次复现了外部视角的太阳系软 X 射线图像。

数据首次实现了对太阳风重离子成分的变化特点，及其与星际介质相互作用方式的研究；并揭示了随太阳活动的增强，X 射线辐射在地球不同纬度地区的变化规律。研究证实了此前人们的发现：在太阳活动的极小期，太阳极区产生的 X 射线辐射强度会减弱——这一现象被称为“极区空洞（polar hole）”——而随着太阳活动的增强，该空洞会闭合。

研究人员还发现，地球轨道附近存在一个不围绕太阳运行的 X 射线辐射增强区。这是所谓“星际微风（interstellar breeze）”导致的结果。随着太阳系在银河中运行，来自星际空间的氦原子会像“微风”一样持续穿越太阳系。数据还证实，20 世纪 70 年代的一个预言，即所谓“氦离子聚集锥（helium focusing cone）”确实存在。太阳引力使得这些氦原子的运行轨道发生了偏转，并在“下风口”聚集，形成了一条锥状的粒子流。

结合对太阳风和星际介质分布数据，研究人员构建了一个基于时间的三维太阳风电荷交换辐射模型，揭示了由太阳风“风速”变化驱动的多个螺旋结构是该辐射的主要来源。这些主要分布在火星轨道内的结构，会随着时间的推移，而呈现出清晰的锥形。

太阳系软 X 射线前景辐射和西半球银河 X 射线图像的分离过程动画示意。右侧为分离出来的外部视角太阳系软 X 射线图像。K. Dennerl (MPE)

参考

Determination of the Solar System contribution to the soft X-ray sky

https://www.science.org/doi/10.1126/science.adt9147