挖掘38年前的旅行者2号数据后 天文学家终于解开天王星磁场异常之谜

NASA的旅行者2号（Voyager2）数十年前飞越天王星，加深了科学家对这颗行星的了解，但也带来了一些无法解释的怪事，最近的一次数据挖掘提供了答案。

这张天王星图像来自美国宇航局詹姆斯-韦伯太空望远镜上的近红外相机（NIRCam），以全新的清晰度展示了天王星及其星环。韦伯望远镜拍摄到了天王星季节性的北极盖，包括明亮的白色内盖和极盖底部的暗道。天王星暗淡的内环和外环在这幅图像中也清晰可见，包括难以捉摸的Zeta环--最靠近天王星的极其暗淡和弥漫的环。图片来源：NASA、ESA、CSA、STScI

1986年，旅行者2号（Voyager2）飞越天王星时，正赶上天王星因独特的太空天气而出现罕见的磁场异常，这影响了天王星磁层的行为，为了解天王星强烈的辐射带提供了新的视角，并暗示了天王星卫星上的潜在活动。

1986年，美国国家航空航天局的旅行者2号宇宙飞船历史性地飞越了天王星，为科学家们提供了第一次--也是至今唯一一次--近距离观察这颗独特的外行星的机会。在飞越过程中，旅行者2号发现了新的卫星和星环，但也揭开了令人困惑的谜团。天王星周围的高能粒子的行为方式打破了科学家们对磁场如何捕获粒子辐射的理解，从而使天王星成为太阳系中一个不同寻常的案例。

这幅艺术家概念图的第一幅描绘了天王星磁层（其保护气泡）在美国宇航局旅行者2号飞越之前的表现。第二幅图显示，在1986年飞越天王星期间，天王星出现了一种不寻常的太阳气象，使科学家们对磁层的观察出现了偏差。图片来源：NASA/JPL-Caltech

现在，新的研究分析了38年前飞越天王星的数据，揭开了这个谜团，发现这很可能是一个宇宙巧合造成的。就在旅行者2号飞越天王星的前几天，一次不寻常的空间天气事件压缩了天王星的磁层，极大地改变了这颗行星的磁场，创造了旅行者2号观测到的独特条件。

"如果旅行者2号早几天到达，它就会在天王星上观测到完全不同的磁层，"美国宇航局喷气推进实验室的杰米·贾辛斯基（JamieJasinski）说道。他是11月11日发表在《自然·天文学》上的新论文的主要作者。"飞船在天王星上观测到的条件只有大约4%的时间会出现。"

美国国家航空航天局的旅行者2号探测器在1986年飞越天王星时捕捉到了这张图像。利用这次任务的数据进行的新研究表明，在飞越天王星期间发生了太阳风事件，从而揭开了天王星磁层的神秘面纱。资料来源：NASA/JPL-Caltech

磁层是具有磁核和磁场的行星（包括地球）周围的保护气泡，保护它们不受太阳风中电离气体或等离子体喷流的影响。了解更多有关磁层如何工作的信息对于了解我们自己的星球以及太阳系内外那些鲜有人问津的角落非常重要。

这就是科学家们渴望研究天王星磁层的原因，1986年旅行者2号的数据让他们大惑不解。在这颗行星的磁层内部有电子辐射带，其强度仅次于木星的臭名昭著的残酷辐射带。但显然没有能量粒子源为这些活跃的辐射带提供能量；事实上，天王星磁层的其他部分几乎没有等离子体。

等离子体的消失也让科学家们感到困惑，因为他们知道磁泡中的五颗主要天王星卫星应该会产生水离子，就像其他外行星周围的冰卫星一样。他们的结论是，这些卫星一定是惰性的，没有持续的活动。

太阳风穿越太阳系信息图。资料来源：美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心/MaryPatHrybyk-Keith

那么，为什么没有观测到等离子体？新的数据分析指向太阳风。当来自太阳的等离子体撞击和压缩磁层时，很可能将等离子体赶出系统。太阳风事件也会短暂地增强磁层的动力，通过向磁带注入电子来为磁带提供能量。

这些发现对天王星的五颗主要卫星来说可能是个好消息：毕竟它们中的一些卫星可能还在进行地质活动。研究人员说，有了对暂时消失的等离子体的解释，这些卫星实际上可能一直在向周围的气泡中喷射离子，这一点很有可能。

行星科学家们正在集中精力加强他们对神秘天王星系统的了解，美国国家科学院的2023年行星科学和天体生物学十年调查将天王星系统列为NASA未来任务的优先目标。

JPL的琳达-斯皮尔克（LindaSpilker）是旅行者2号（Voyager2）任务的科学家之一，在1986年天王星飞越期间，她目不转睛地盯着图像和其他数据。她还记得当时的期待和兴奋，这一事件改变了科学家们对天王星系统的看法。

"这次飞越充满了惊喜，我们一直在寻找对其不寻常行为的解释。"斯皮尔克说："旅行者2号测量到的磁层只是一个时间快照。这项新工作解释了一些明显的矛盾，它将再次改变我们对天王星的看法。"

旅行者2号现在位于星际空间，距离地球将近130亿英里（210亿公里）。