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  网易探索5月15日报道 借助于星际边界探测器(以下简称IBEX),美国宇航局的科学家首次观测到太阳系“边缘”。观测结果显示,太阳系在太空中的移动速度远远不及科学家此前的预计,因此无法形成弓形激波。IBEX的观测发现有助于科学家进一步了解宇宙、其他行星和行星系统的演化以及星际介质的构成。

  未能发现弓形激波

  弓形激波是由气体或者等离子体构成的一个区域,科学家一直认为太阳系存在弓形激波,在太阳系移动过程中起到保护作用。IBEX项目首席研究员、圣安东尼奥西南研究所的戴维·麦科马斯表示:“喷气机在突破音障时能够产生音爆。形象地说,这就是地球版的弓形激波。当喷气机的速度接近超音速时,飞机前方的空气无法快速避开,一旦速度达到音速,这种相互作用就会立刻发生变化,从而形成冲击波。”

  根据IBEX探测器的观测发现,太阳系的速度远远低于科学家的预计,无法形成弓形激波。过去25年时间里,科学家一直相信日光层在星际介质中穿行时的速度足以产生弓形激波。但IBEX获取的观测数据显示,日光层在星际云中的移动速度只有大约每小时5.2万英里(约合每小时8.3万公里),比此前预计慢了大约7000英里(约合1.1万公里),只能形成弓形波,而无法形成冲击波。

  麦科马斯说:“其他很多恒星前方确实存在弓形激波,但我们在研究中发现太阳的交互作用不足以形成冲击波。因此,‘弓形波’才是对日光层前方所出现的现象的一种更准确的描述。这种波与船首在水中行进时形成的波浪类似。”另一个导致太阳系未能出现弓形激波的因素是星际介质中的磁场压力。根据IBEX探测器的观测数据以及此前“旅行者”号的观测发现,星际介质中的磁场强度更大,因此需要达到更快的速度才能形成弓形激波。这两个因素的存在意味着太阳系产生弓形激波的可能性极低。

  发现星际空间粒子

  研究中,IBEX项目组将观测数据与分析计算、建模以及模拟结果结合在一起,了解形成弓形激波所需满足的条件。其中两个独立模型,一个由美国阿拉巴马州亨茨维尔的研究小组创建,另一个由莫斯科的研究小组创建,得出了与分析计算相同的结果。麦科马斯说:“现在就说这些新数据对于日光层意味着什么还为时尚早。在过去几十年的研究中,我们一直对包括弓形激波在内的很多假设进行分析。现在,我们需要利用这些新数据重新进行研究。这种研究有助于我们了解银河系内的宇宙射线如何在太空中传播以及如何进入太阳系,而这会影响到人类的太空旅行。”

  IBEX探测器观测到来自星际空间的粒子进入我们的太阳系。这颗探测器的观测发现为我们描绘了一幅迄今为止有关太阳系外宇宙空间的最完整图画。研究人员表示IBEX探测器的观测数据能够提供很多重要线索,帮助他们了解太阳系如何形成以及在何处形成,哪些力影响太阳系的形成过程,同时也有助于揭示银河系内其他恒星的演化史。

  10多年前,宇航局的“尤里西斯”号探测器发现了星际中性氦。环绕地球轨道飞行的IBEX探测器已经观测到其他3种类型的原子,其中包括氢、氧和氖,它们是形成新恒星、行星甚至于人类所需要的原材料。科学家表示,这些星际原子是历史更为悠久的恒星的产物,被星际风吹进太阳系。在星际风中,每20个氖原子只伴随着74个氧原子,而在太阳系,每20个氖原子却伴随着 111个氧原子。大爆炸形成了氢和氦,超新星爆炸又让更重的氧和氖元素扩散到整个银河系。

  有助了解宇宙演化

  IBEX探测器的观测发现有助于科学家了解银河系如何演化以及如何随时间发生改变。新罕布什尔州大学教授、洛斯·阿拉莫斯实验室IBEX项目组成员埃伯哈德·默比乌斯表示:“开始的时候只有氢和氦,这两种元素形成了第一批恒星。发生塌陷并走向死亡过程中,恒星将自身的物质——包括核聚变产生的新元素——喷射到太空。通过分析这些粒子,我们能够进一步了解宇宙、其他行星以及行星系统的进化。”

  IBEX拍摄的图像让科学家加深了对附近银河系区域的了解,同时也向他们提出一些疑问。麦科马斯说:“太阳系与其外部的太空区域存在差异,说明存在两种可能性。一种可能性是,太阳系在银河系一个独立同时氧量比当前位置更为充足的区域演化。另一种可能性是,大量孕育生命所需的氧被困在星际尘埃或者冰中,不能在太空中自由移动。”

  科学家希望借助IBEX探测器了解星际介质的构成。星际介质是一个球形边界区域,将银河系外侧与日光层隔开。它就像是一个保护罩,保护太阳系免遭来自星际空间的宇宙辐射侵袭。研究中,科学家对日光层承受的星际风压力进行了测量。IBEX项目组成员、宇航局戈达德太空飞行中心的埃里克·克里斯蒂安指出:“测量银河系物质和磁场对日光层的压力有助于我们了解太阳系在银河系穿行过程中的大小和形状。”