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  太阳风塑造了金星和地球磁层的形态,这是一张示意图,可以看到上部金黄色的是金星,下部蓝色的是地球。这两颗行星的大小相似,但是不同的是地球拥有内部机制产生的强大偶极磁场,这一磁场有效阻挡了太阳风粒子的轰击,保护了地球上的生命

正在金星轨道上运行的欧空局所属“金星快车”号探测器

  北京时间4月21日消息,据欧洲空间局(ESA)网站报道,金星被一层浓厚的大气层包围,并且其并不拥有全球性偶极磁场。然而即便这颗行星缺乏磁层的保护,金星附近的空间区域中确实同样存在着类似其它行星,如地球一样的的一些相似之处。其中最新发现,也是最让人意外的一点便是近期发现金星诱发磁场的磁尾处存在磁场重联现象。

  可以由内部机制产生磁场的行星,如地球,水星,木星和土星,它们的外围会存在一个看不见的磁层。这一磁层意义重大,它会阻挡太阳发出的带电粒子,如电子和质子,使其发生偏移。正是这一特性形成了磁层——一层围绕行星周围的巨大“气泡”,在背离太阳的方向形成一道长长的延伸带,称为“磁尾”(magnetotail)。

  然而由于金星缺乏产生磁场的内部机制,因此它无法阻挡射来的太阳带电粒子,太阳风有时候会直接和金星高层大气发生相互作用。然而金星并非完全暴露在这种粒子的轰击中,它部分受到了一个诱发磁场的保护。

  和在地球上发生的情况一样,太阳紫外辐射会剥夺高层大气原子和分子中的电子,从而形成一层带电的电离层。这一电离层会和太阳风和太阳风携带的太阳磁场发生相互作用。在和太阳风的长期相互作用过程中,这一高层大气的区域可以减缓并偏折入射的太阳风粒子,从而同样形成一层磁层,在背离太阳处,其形状就像是彗星的尾巴。

  数十年来探测器的空间考察已经确认在地球,水星,木星和土星磁层中频繁发生着磁场重联现象。在这一过程磁能转变为动能,磁场重联本身是指方向相反的磁力线因互相靠近而发生的重新联结现象。在地球上,这一机制导致了磁暴和极光的产生。

  直到最近,科学家们仍旧不认为在一颗像金星这样不拥有磁场的大行星周围会存在这种重联现象。然而,来自中国科技大学中科院近地空间环境重点实验室的张铁龙教授和一个国际科学家小组近日在《科学》杂志网络版《科学快报》(Science Express)上发表文章,宣布他们已经发现首个证明金星诱发磁场的磁尾处确实存在磁场重联现象的证据。

  欧洲空间局(ESA)所属的金星快车探测器运行在一个近极轨轨道上,这一轨道特性对于某些设备,如磁强计和低能粒子探测器等进行太阳风-电离层-磁尾相互作用机制的探测工作非常理想。在此之前的探测项目,如先锋-金星号,要么由于轨道特性差异,要么由于探测时正处于不同的太阳活动水平上而未能探测到金星的这一重联现象。

  2006年5月15日,金星快车号探测器穿过金星磁尾,在这里它探测到一个持续时间约为3分钟的转动磁场结构。基于其持续时间和探测器运行速度的计算显示这一区域的宽度大约为3400公里。这一事件发生于距离金星1.5倍半径处,即距离金星大约9000公里,科学家们认为这是一个等离子体团。这是一种转瞬即逝的磁场圈层结构,一般发生于行星磁尾发生重联时。

  对于金星快车数据进行的进一步分析显示出更多证明金星磁场与磁尾处等离子体之间存在能量交换的证据。数据同样显示在很多方面,金星磁层就像是一个缩小的规模的地球磁场。

  地球的情况是,磁场重联现象一般发生在背阳处10-30倍地球半径处的磁尾和等离子体片位置上。由于地球的磁场要强大的多,可以推断金星的磁场重联如果存在,则应当发生在其背阳处1~3倍半径位置。而这正是金星快车号探测器数据所证实的。

  张铁龙教授表示:“等离子体团在一些行星的磁层中非常常见,如地球,木星等,但是对于一颗不拥有磁场的行星,如金星这种情况,发现这一现象让人预想不到。”张教授是这篇发表在《科学》杂志上论文的第一作者。他本人是金星快车飞船磁强计设备的首席科学家,同时也是位于奥地利格拉斯的空间研究院高级研究科学家。

  他说:“磁场重联造成了磁尾分裂,导致磁尾中大部分的等离子体被抛射出去,进入太空。同时这一事件还会产生一个等离子体团结构向金星运动,将一部分太阳风的能量传递至金星背阳面的大气层中。因此这种磁场重联现象构成了金星上等离子体的循环机制,这一点和地球磁场中磁尾处发生的情况相似。”

  此次新发现在金星磁尾处存在等离子体逃逸的现象或许可以作为一种新的可能机制,用于解释金星高层大气的流失现象。这一点对于解释金星在发生严重温室效应之后最终完全丢失其水分的过程将具有重要意义。

  哈肯·司韦德海姆(Hkan Svedhem)是欧空局金星快车项目科学家,他说:“尽管理解大气损失机制是构建行星演化模型的关键一步,我们对于磁场重联机制却仍旧缺乏了解,这是因为我们对于除了地球之外的其它行星的磁场特性缺乏实地考察数据。”

  他说:“这一结果证明,对于类地行星的空间探测项目,如欧空局实施的金星快车,火星快车以及“星簇”探测项目对于我们了解行星大气层乃至行星本身的复杂演化机制将是至关重要的。(晨风)