完全出人意料的太阳系边缘

天文学家已经发现太阳系边缘围着一条窄带。太阳系的第一张全景图向我们揭示了太阳系的边缘和我们预测的完全是两码事。太阳系的边缘由中性原子组成，它们被紧紧地压缩在一条狭窄的带状区域中，而不是均匀分布。

“全景地图显示其结构和能量谱线根本和所有的预测模型完全不一样，”新墨西哥州阿拉莫斯国家实验室的项目论文合著者赫伯特·福斯滕（Herbert Funsten）说道。

美国航空及太空总署的星际边缘探测卫星（也叫IBEX）发现了这条窄带，它近乎一个完整的圆形。这条窄带上的中性原子的密度比相邻区域高出2到3倍。

该发现和其它的相关成果形成了一篇6页的论文，发表在10月15日科学杂志的网络版。研究人员声称它不仅让理论学家重新思考该问题，还可能会让人们重新理解把整个太阳系包含在内，酷似一个巨大泡泡的日球层和周围空间的相互作用。

太阳表面高速逸出的带电粒子形成了太阳风，它直达太阳系的边缘，使泡泡膨胀。马里兰州约翰霍普金斯大学应用物理实验室的汤姆·克里米吉斯（Tom Krimigis）说48年以来，研究人员都假设太阳风塑造了日球层边缘形状。但是波斯顿大学该项目的首席研究人员内森·斯瓦卓恩（Nathan Schwadron）认为刚发现的窄带表明了位于日球层外部的银河系磁场是形成边缘结构的主要因素。

现在还不知道窄带到底是近年形成的还是始终存在的。

同样让人困惑的是卡西尼（Cassini）空间探测器探测相同区域的结果。它记录到的原子带的能量要高一些，超过了6000电子伏。克里米吉斯率领的团队也在科学杂志上发表了另外一篇文章，声称卡西尼在土星附近的一个很好的观测点发现了带状，而不是窄带状结构。它和IBEX观测到的窄带在同一个区域，但是却要宽得多。

日球层就像一个盾牌，挡住了90%高能宇宙射线。宇宙射线由高速带电粒子组成，会轰击星球并伤害生物。对日球层和它过滤宇宙射线的机制了解的越多，就越有助于评估人类星际航行安全性。该新发现也有助于预测日球层在银河系中移动时，以及和其它有不同密度和磁场强度的空间相遇时，它的形状和大小变化方式。

圣安东尼西南研究院的戴维·麦科马斯（David McComas）说IBEX发现的窄带区域的能量在200到6000电子伏之间，在1000电子伏处亮度最高，位于离太阳100到125个天文单位处。一个天文单位等于地球到太阳之间的距离。IBEX记录到的原子绕地球旋转，根据其自身能量不同，需要1到2年才能从日球层的边缘到达探测器的位置。

斯瓦卓恩和他的同事指出IBEX观测到的窄带和银河系在边缘处的磁场方向垂直，这预示着它对太阳周围的影响比预想的要强烈得多。一个可能性就是外部磁场的压力强行把日球层内部的粒子压到了一起，形成了窄带。

“首先，这太让人吃惊了，因为我们认为对日球层的边缘已经了解的够多的了，”麦科马斯说道。旅行者1号（Voyager 1）于2004年，旅行者2号（Voyager 2）于2007年分别飞向了太阳系边缘区域相反的方向，并且穿过了激波边界，太阳风在该边界上会遇到从外部空间飞回太阳系的粒子的冲击。两个探测器都记录了粒子密度和磁场强度。


麦科马斯表明旅行者1号和旅行者2号都没有探测到新发现的窄带区域，因为它位于它们航线之间。没有任何现存的模型可以解释窄带，IBEX上的两台设备分别检测到了它。

克里米吉斯指出研究人员曾经假设在太阳系向外部空间移动的方向上太阳风的压力将会压缩日球层，从而在相反的方向上形成彗星一样的尾巴。“现在我们知道这是错误的，”他说道。

IBEX还产生了第一张从外部空间进入太阳系的中性氢原子和氧原子的地图。以前的观测只追踪了氦原子。加州帕罗奥多市洛克希德·马丁高级技术中心的项目论文合著者斯蒂芬·福斯勒（Stephen Fuselier）认为IBEX上的仪器能够记录越过激波边界（距离地球160亿公里），到达探测器的少量氧原子。

福斯勒指出氢原子数量比氦原子或氧原子数量要多得多，但是它质量很小，很容易被太阳风吹散，从而不能被稳定地观测到。当前太阳活动活动正处于活动周期的最低点，因此较多的氢原子可以从外层空间进入到太阳系内部，从而使IBEX能记录到它们。

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