天文之謎/穿越太陽系 星系風方向40年發生6度偏移

據美國新科學家雜誌網站報導,太陽系所處的宇宙環境可能遠比我們此前想象的更加狂暴,我們正處於一個星際風暴之中,事實上太陽系至少已經在其中運行了4.5萬年之久。這一結果是一項持續數十年的星際風暴研究專案得出的,近期這一研究專案發現這一星際風暴的「風向」似乎正在發生變化。

大陸新聞中心/綜合報導

據美國新科學家雜誌網站報導,太陽系所處的宇宙環境可能遠比我們此前想象的更加狂暴,我們正處於一個星際風暴之中,事實上太陽系至少已經在其中運行了4.5萬年之久。這一結果是一項持續數十年的星際風暴研究專案得出的,近期這一研究專案發現這一星際風暴的『風向』似乎正在發生變化。

根據新浪科技報導,我們太陽系的邊界一般是由所謂『日球層』定義的,這是一個由源自太陽的帶電粒子構建的巨型『氣泡』結構。正是由於這個『氣泡』的保護,地球得以免遭大量星系際高能宇宙線的傷害,因此來自太陽系外部的高能帶電粒子流方向上發生的變化將不會對地球產生顯著的影響。

然而這樣的變化卻的確可以告訴我們很多有關我們所處星系際環境的資訊。將我們包圍的這個星系雲團非常巨大但也非常稀疏,此前科學家們認為這一雲團內部相對平靜,並且我們所經受的這種來自外部的星際風吹拂方向也將在未來數百萬年內保持穩定。

美國芝加哥大學的普里斯卡·弗里希(Priscilla Frisch)表示:『如果你將每次呼吸時吸入的氣體均勻散布在從地球到距離最近的恆星之間的廣袤空間之中,此時你所得到的氣體密度大致就和包圍我們太陽系的星際雲密度相當。』

在短短數十年的時間尺度上就能觀測到這種星際風方向的變化,說明要麼這一星際雲團內部極其狂暴不安,要麼就說明我們再過短短1000年左右或許就將抵達其邊緣並最終離開這一雲團結構。

美國新罕布夏大學的埃伯哈德·姆比爾斯(Eberhard Moebius)表示:『想象一下,如果你盯著天上的雲團觀察,你的視線對準雲團中心位置,那麼你或許不會察覺到什麼變化。但是如果你的視線位置接近雲團的邊緣,外部則是吹拂的風,那麼你或許就能察覺到一些形狀,結構等細節上的變化。我們認為我們目前正在經歷的過程與此相類似。』

 

太陽風向標

自上世紀70年代以來,天文學家們便已經大致知道我們的太陽系正處於一個直徑大約有30光年的巨型星際雲團之中。由於太陽系本身處於運動之中,這種運動造成星際粒子不斷撞擊太陽系邊界的日球層。

這些星際粒子的大部分是帶電的,因此它們中的絕大部分會被日球層所帶的太陽磁場反彈回去。但是一些質量較大,電中性的粒子——主要是氦原子,則可以進入太陽系內部。這些氦原子和迎面而來的源自太陽的粒子流相互碰撞,產生一種在整個天空中都能觀測到的極紫外波段熒光。

1972年,美國國防部衛星STP 72-1對這種螢光進行了監測,並發現它在當年11月份的強度較之當年6月份要高出10倍。而到了第二年的1月份前後它卻又開始平息下來。後來的分析顯示之所以會出現這一異常的峰值,是因為地球當時正穿越軌道上氦原子的集中堆積區域。

隨著氦原子進入太陽系內部,它們的運行軌跡開始受到太陽引力場的作用而發生偏離,產生一種近似錐形的運行軌跡線。這種錐形軌跡便成了一個風向標,可以讓我們反推出其進入太陽系時的原始方向。1972年時,正是由於地球軌道運行中穿越這一圓錐形軌跡線。才出現了當年11月份的那次螢光強度驟增現象。

改變方向

然而,美國太空總署在2009年發射升空的星系邊界探測器(IBEX)卻又發現了一些奇異的現象:這股星際風的風向正在發生變化。IBEX一直以來都在採集空間中的氦原子樣品,作為其考察並確認太陽系與星系空間之間邊界位置努力的一部分。探測的結果令人意外,它發現相比70年代在11月份出現的峰值此時推遲了大約1周,在12月初才出現。這暗示在大約40年的時間尺度上這條粒子流的流向出現了大約6度的偏移。姆比爾斯表示:『我們並未料到在短短數十年的尺度上竟會出現如此顯著的變化。這真是出人意料,從天文角度上來看,這實在是一個大大的驚喜。』

為了確認觀察到的變化是真實存在的,弗里希和同事們收集了來自其他探測器的相關歷史資料,包括來自上世紀70年代早期的極紫外波段測量資料,以及上世紀90年代由尤利西斯探測器採集的氦原子直接測量資料。透過對這些資料存檔的分析,他們觀察到一種明顯的變化趨勢真實地顯現出來。

 

仍需進一步探討

弗里希表示:『盡管此前已有一些線索表明太陽環境正在發生,而當我們將所有歷史資料放在一起進行分析時,我們便可以非常清晰的確認這種變化確實已經發生了。』而至於這種變化究竟意味著什麼,則仍然有待進一步探討。我們或許正在接近星際雲團的邊緣,也或者我們仍然處於厚厚雲團的包裹之中,正快速向著外部移動。

羅伯特·邁耶(Robert Meier)現在任職於美國弗吉尼亞州的喬治梅森大學,是當年參與了國防部STP 72-1衛星測量工作的研究人員之一,他表示:『有可能我們目前所觀察到的現象並非意味著我們已經處於邊緣。粒子流方向的改變可能意味著雲團中某種結構的變化,就如河流中被一塊岩石阻擋或是類似的情形。不識廬山真面目,只緣身在此山中。當你置身其中,你總是很難看清整件事情的面目。』

邁耶指出,將不同來源的資料進行對比時可能會存在一些問題,比如近期的一些資料中都沒有包含這一星際雲團中的原子與太陽來源粒子之間碰撞產生的彌散紫外螢光的測量值,相反,其中大多數都是直接對氦原子的濃度進行了測量。他建議我們如果可以重複1972年的觀測,對今天的這種螢光現象再次進行觀測並將這兩個結果進行對比,這樣的做法將會很有價值。