天王星氣體外洩中,可能也擁有與地球類似的電漿粒團結構

作者 | 發布日期 2020 年 04 月 02 日 18:27 | 分類 天文 , 自然科學 , 航太科技 Telegram share ! follow us in feedly


當科學家回首航海家 2 號探測器的數據時,意外發現了天王星一個祕密:天王星大氣物質正在外洩,可能擁有與地球類似的電漿粒團結構。由於天王星是太陽系八大行星中的異類,科學家現在又多了一個理由重訪這顆星球,探討其獨特的磁場動力學。

NASA 航海家 2 號(Voyager 2)探測器於 1977 年發射升空,一路走訪了木星、土星、天王星、海王星及它們的衛星,2019 年時被證實已飛出太陽系,如今依然還在運作中,被譽為史上最多產的探測器之一。

最近,科學家檢查了航海家 2 號於 1986 年與天王星相遇的數據,驚訝發現居然有電漿粒團的存在──表明天王星磁場正在將物質從行星大氣中拉出。這是科學家第一次找到與冰巨行星有關的等離子體,除了表明天王星大氣正在洩漏外,也暗示了這個星球獨特且扭曲的磁場動力學。

一般來說,大氣逃逸(atmospheric escape)對行星而言並不是什麼罕見現象,我們知道金星正在洩漏氫氣,火星也因大氣逃逸才從過去的潮濕環境變成如今的荒漠,甚至我們的地球每天也都損失 90 噸大氣物質到外太空中(目前地球大氣質量約 5,140 兆噸,要完全消失還需要很長時間,不用擔心)。

大氣逃逸機制有很多種,其中一個途徑即透過電漿粒團(plasmoid)──一種電漿和磁場連接在一起的結構,當太陽風撲來導致磁場面對太陽的那一側破裂時(形成弓形震波),電漿粒團散開並重新於尾部連接,也就是形成電漿粒團,該過程會擠壓旋轉的電漿,一些離子反彈回地球(產生極光),而電漿則沿相反方向飛散並帶走大氣中的離子。

▲ 電漿粒團(plasmoid)示意圖。(Source:wikipedia

對地球來說,這道機制很好理解,但對天王星來說就有點奇怪了,因為後者的磁場軸相對於自轉軸傾斜 59°,形成一個非常不對稱的磁層,天王星南半球的表面磁場強度低於 0.1 高斯,但北半球的磁場強度高達 1.1 高斯,甚至還有數據指出天王星的磁場只在晚上形成,白天就會消失。

這種怪異磁場如何與行星大氣以及太陽風相互作用,科學家們一直都很好奇。

NASA 戈達德太空飛行中心天文學家 Gina DiBraccio、Dan Gershman,便對天王星混亂的磁場產生興趣。當他們分析航海家 2 號探測器在 1986 年 1 月收集的數據時,驚訝發現磁場爆發現象,進一步處理數據後得出結論:天王星確實有個偏斜,搖擺不定的磁場,並且有個寬約 40 萬公里、延伸逾 20 萬公里的電漿粒團,可能充滿自天王星大氣逃逸、被電離的氫。

這代表天王星大氣正在損失大量物質,並且被電漿粒團轉運至外太空,更也說明了天王星磁場於尾部重新連結,就像地球一樣。科學家建議太空機構應該要發射一艘全新、針對天王星進行探索的探測器,才能更了解這顆冰巨行星磁層諸多未解的秘密。

新論文發表在《地球物理研究通訊》(Geophysical Research Letters)。

(首圖來源:NASA

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