航海家的太陽系邊緣大發現

大家還記得航海家1、2號探測船嗎?在1977年8月和9月分別升空的航海家1、2號太空船航行至今已經快要35年了，截至2011/6/11，航海家1號距離地球約174億公里，相當於116.5A.U.(說文解字-1)，航海家2號距離地球約142億公里，相當於95.6A.U.，航海家1號的訊號以光速傳回地球約需要32小時17分鐘，航海家2號則需要26小時18分，我們很難想像，以當年的通訊和計算能力，到如今他們還在工作，其實當年的科學家可能也沒想到人類科技進步這麼快速，到目前我們還可以透過Deep Space Network(說文解字-2)的大型天線解析他們的訊號，他們到了人類前所未到的區域，在太陽系的最邊緣，安靜地緩緩航向星際間的空間，最近航海家傳回來令人驚奇的訊息，波士頓大學的天文學家Merav Opher說:「航海家似乎進入了一個充滿磁泡泡(magnetic bubble)的新奇國度，非常令人感到驚奇!」

根據電腦模式的運算，每一個磁泡泡的大小約為100百萬英哩，以航海家探測船的速度要數星期才能穿越一個磁泡泡，航海家1號約於2007年進入這個泡沫區(foam zone)，航海家2號則於一年後抵達，一開始，科學家不知道探測船探測到了甚麼？但他們現在有了很好的想法。

一個磁泡泡的大小

「太陽的磁場一直延伸到太陽系的邊緣區域」Opher解釋說:「由於太陽的自轉，使得太陽磁場扭曲皺褶如芭蕾舞裙，隨著離開太陽越來越遠，這些皺褶都疊合起來了，現在航海家就在這裡。」
當磁場被摺疊起來，有趣的事情就發生了，磁力線被迫交錯重疊，於是會重新連結(reconnect)(國中理化有教過，任何兩條磁力線不能交錯而過，這個現象和太陽閃焰下方的磁力線會重新連結一樣)，於是不斷擠壓摺疊的裙襬就會自己重整，有時甚至會爆炸，最後形成泡沫般的磁泡泡。

請看這個影片會比較容易了解:


回想1950年代的觀點和現在極為不同，當時認為遠日端的太陽磁場的應該是以一種平滑的弧形彎曲著，而最後彎曲回太陽。現在這些磁力泡看來應該是獨立的而且和太陽磁場的邊緣並未有連結，解讀航海家能量粒子偵測器的觀測數據，發現航海家似乎經常有進入和走出泡泡的現象，舊的理論模式已經無法完全解釋航海家的發現。
「我們正在設法釐清這些發現帶給我們的啟示」Opher的工作夥伴，來自馬里蘭大學的Jim Drake說。

太陽遠日端磁場的結構究竟是泡沫狀還是非泡沫狀，對科學的意義非常重大，因為它定義著我們和銀河系中其他區域交界的交互作用形式，研究者將航海家目前所在的位置稱為日鞘(heliosheath)，就是太陽系和銀河系其他星際空間的交界位置，有許多東西在這區域穿越，如星際雲氣、銀河磁力結(Knots of galactic magnetism)、宇宙射線(cosmic rays)等，這些入侵者會被磁場泡沫所阻擾（新觀點）還是被平滑磁力線作用引回太陽（舊觀點）呢？

舊的太陽磁場模式（點圖放大）

新的太陽磁場模式（點圖放大）

我們以宇宙射線作為說明例子，星系的宇宙射線主要是被黑洞或超新星爆炸所加速到接近光速的次原子顆粒，當這些微觀尺度下看似砲彈的粒子要進入太陽系的時候，它們就必須抵抗太陽磁場以接近內行星。

「這些磁泡泡可能就是我們對抗宇宙射線的第一道防線」Opher指出「不過我們尚未釐清磁泡泡這樣的結構是好是壞」

一方面泡泡似乎是一個多孔隙的保護盾，可能讓許多宇宙射線穿越這些孔隙，另一方面宇宙射線可能被攔阻在磁泡泡中，這使泡沫成為一個很好的保護盾。

「隨著航海家越來越深入泡沫區，我們將持續探索哪一個想法是正確的，而且持續了解它的結構」Opher說「這才剛剛開始，將有越來越多的驚奇」


取材自：http://science.nasa.gov/science-news/science-at-nasa/2011/09jun_bigsurprise/

說文解字

1. A.U.:指天文單位（astronomical unit):天文單位(AU)最原始的定義是地球環繞太陽的橢圓軌道半長軸長度，我們一般常說是地球到太陽的平均距離。在1976年，國際天文聯合會(IAU)修正了AU的定義使它更為精確，但這個定義很複雜，有興趣可以看維基百科的解釋，(天文單位)，目前1天文單位相當於149,597,870,691±30公尺。
2. Deep space network:深空網路是一個跨國的計畫，用來接收來自宇宙的微弱訊號，是在地球上相距約120度的三個地點（分別位於美國加州、西班牙馬德里、澳洲坎培拉）建立大型接收天線，以確保地球自轉過程中都能隨時接收訊號，目前對航海家1、2號的追蹤主要是由Deep space network所負責，相關網頁請看http://deepspace.jpl.nasa.gov/dsn/