太阳系保护气泡澳门威尼斯人注册网站研究小组的又一突破
波士顿大学nasa资助的神盾局团队的天体物理学家在探索了解日球层的过程中又取得了一个里程碑
由波士顿大学天体物理学家Merav Opher领导的一项新澳门威尼斯人注册网站研究可以解释为什么日球层——一个从太阳发出并包围太阳系的保护性磁场——可能不稳定且形状不规则。“宇宙并不平静，”奥弗说。“我们的BU模式并没有试图消除混乱。”图片由Merav Opher等人提供
太阳系保护气泡澳门威尼斯人注册网站研究小组的又一突破
波士顿大学nasa资助的神盾局团队的天体物理学家在探索了解日球层的过程中又取得了一个里程碑
一个由波士顿大学天体物理学家Merav Opher领导的多机构天体物理学家团队，在我们对形成环绕太阳系的保护气泡的宇宙力量的理解方面取得了突破性的发现——这个气泡庇护着地球上的生命，被太空澳门威尼斯人注册网站研究人员称为日球层。
天体物理学家认为，日球层保护太阳系内的行星免受超新星（宇宙中垂死恒星的最后爆炸）发出的强大辐射的影响。他们认为日球层远远超出了我们的太阳系，但是，尽管日球层为地球的生命形式提供了巨大的宇宙辐射缓冲，但没有人真正知道日球层的形状——或者，就这一点而言，它的大小。
“这与社会有什么关系？”马里兰大学天体物理学家詹姆斯·德雷克（James Drake）说：“太阳产生的气泡包围着我们，为银河系宇宙射线提供了保护，它的形状可以影响这些射线如何进入日光层。”“有很多理论，但当然，银河宇宙射线进入的方式可能会受到日球层结构的影响——它是否有皱纹和褶皱之类的东西？”
Opher的团队基于可观测数据和理论天体物理学建立的模型，构建了一些最引人注目的日球层计算机模拟。在波士顿大学的空间物理中心，奥弗是艺术与科学学院的天文学教授，领导着NASA的DRIVE（多样性、实现、整合、冒险、教育）科学中心，该中心得到了NASA 130万美元的资助。这个团队由奥弗从其他11所大学和澳门威尼斯人注册网站研究机构招募的专家组成，他们开发了日球层的预测模型，团队称之为SHIELD（太阳风与氢离子交换和大规模动力学）。
自从波士顿大学的NASA驱动科学中心于2019年首次获得资金以来，奥弗的SHIELD团队一直在寻找几个令人困惑的问题的答案：日球层的整体结构是什么？它的电离粒子是如何演化并影响日球层过程的？日球层如何相互作用并影响星际介质，即存在于恒星之间的物质和辐射？宇宙射线是如何被日球层过滤或传输的？
“SHIELD将理论、建模和观测结合起来，建立了全面的模型，”Opher说。“所有这些不同的组成部分一起工作，有助于理解日球层的谜题。”
现在，Opher及其合作者在《天体物理学杂志》上发表的一篇论文揭示，来自太阳系外的中性氢粒子流很可能在我们的日球层形成过程中起着至关重要的作用。
在他们最新的澳门威尼斯人注册网站研究中，Opher的团队想要理解为什么日光层喷流——与宇宙中发现的其他类型的宇宙喷流相似的能量和物质柱——变得不稳定。“为什么恒星和黑洞——还有我们自己的太阳——会喷射出不稳定的喷流？”Opher说。“我们看到这些喷流投射成不规则的柱状，天体物理学家多年来一直想知道为什么这些形状呈现不稳定性。”
同样，SHIELD模型预测，随着太阳一起移动并包围太阳系的日球层似乎并不稳定。其他天体物理学家提出的其他日球层模型倾向于将日球层描绘成彗星形状，在其尾迹后面有一股射流或“尾巴”流。相比之下，奥弗的模型表明，日球层的形状更像羊角面包，甚至是甜甜圈。
原因是什么？中性氢粒子，之所以叫中性氢粒子，是因为它们带等量的正电荷和负电荷，所以不带任何电荷。
“它们源源不断地穿过太阳系，”奥弗说。她使用一种类似菜谱的计算模型来测试“中性物质”对日球层形状的影响，她“从蛋糕中取出一种成分——中性物质——并注意到来自太阳的喷射物，塑造了日球层，变得超级稳定。”当我把它们放回去时，物体开始弯曲，中心轴开始摆动，这意味着日光层喷流内部的某些东西变得非常不稳定。”
理论上，这样的不稳定性会对太阳风和太阳喷流造成干扰，导致日球层分裂成羊角面包状。尽管天体物理学家还没有找到观测日球层实际形状的方法，但奥弗的模型表明，中性物质撞击太阳系的存在，将使日球层不可能像流星一样均匀流动。有一件事是肯定的，中立者肯定在太空中奔跑。
德雷克是这项新澳门威尼斯人注册网站研究的合著者之一，他说，奥弗的模型“第一次清楚地解释了为什么日球层的形状在北部和南部地区分裂，这可能会影响我们对银河宇宙射线如何进入地球和近地环境的理解。”这可能会影响辐射对地球生命的威胁，也会影响太空中的宇航员或未来试图前往火星或其他行星的先驱者。
“宇宙并不平静，”奥弗说。“我们的BU模型并没有试图消除混乱，这使我能够确定[日球层不稳定的]原因....中性氢粒子。”
具体来说，中性粒子与日球层碰撞的存在引发了物理学家所熟知的一种现象，称为瑞利-泰勒不稳定性，当两种不同密度的物质碰撞时，较轻的物质会推动较重的物质。当油悬浮在水面上，当较重的液体或物质悬浮在较轻的液体上时，就会发生这种情况。重力发挥了作用，产生了一些非常不规则的形状。在宇宙喷流的情况下，中性氢粒子和带电离子之间的阻力产生了与重力类似的效果。例如，在著名的马头星云中看到的“手指”是由瑞利-泰勒不稳定性引起的。
“这一发现确实是一个重大突破，它确实让我们朝着发现为什么我们的模型有独特的羊角面包形状的日球层，而为什么其他模型没有的方向前进，”奥弗说。
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