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天王星@旅行者2号的新发现：天王星也在“漏气”( 二 )



天王星@旅行者2号的新发现：天王星也在“漏气”
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动画模式展示磁场 。 黄色的箭头指向太阳 ， 浅蓝色的箭头代表着天王星磁轴 ， 深蓝颜色的箭头代表着天王星的旋转轴 。 Credits: NASA/Scientific Visualization Studio/Tom Bridgman
这个奇怪的现象引起了DiBraccio和她的合著者Dan Gershman,同时也是戈达德空间物理学家的注意 。 他们两个人以前都是制定关于“冰巨人”天王星和海王星新任务计划的团队成员 ， 并且一直都在寻找新的宇宙谜团 。 距离上一次观测有30年的天王星奇怪的磁场 ， 看起来是一个理想的开始 。
所以他们下载了旅行者2号的磁强计读数 。 这些读数记录下了飞行器飞过天王星时的磁场强度和方向 。 带着对未知的憧憬 ， 他们放大先前的研究 ， 每隔1.92秒就绘制一个新的数据点 。 平滑的线条变成了锯齿状的上下起伏 ， 仿佛就像说：这是一个有故事的锯齿 。“你觉得这可能是一个等离子粒球吗？” Gershman一边盯着波纹曲线一边问DiBraccio 。
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旅行者2号1986飞越天王星获得的磁强计数据 。 这条红色线展示的以8分钟为周期的平均数据 。 这个八分钟是之前旅行者2号研究所采用的时间节奏 。 黑色的线表示 ， 同样的数据用1.92秒的更高分辨率绘制的线条 ， 揭示了等离子粒团的锯齿状特征 。
Credits: NASA/Dan Gershman
虽然科学家在旅行者2号飞越天王星时还所知甚少 ， 但自那之后等离子粒团已经被公认为行星质量损失的重要方式 。 这些巨大的等离子泡 ， 或者电离化的气体 ， 把行星磁尾的末端（就是像风向标一样 ， 因为太阳而来回摆动的磁场的一部分）夹断 。
只要时间足够 ， 逃逸的等离子粒团就能够把离子从行星的大气中排干 ， 最终改变大气的组成 。 他们已经观测过地球和其他的行星 ， 但是还没有人探测到天王星的等离子粒团 。
DiBraccio 按照自己的流程验证了一遍数据 ， 结果毫无差错 。 “我认为绝对是这样的（指确实是等离子粒团） ， ” 她说道 。

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气泡逃逸
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DiBraccio 和Gershman 发现的等离子粒团仅仅只占了旅行者围绕天王星飞行2号45小时时长的60秒 。 它只是磁强计数据中的一个快速的上下波动“但是如果你用3D模型绘制出来 ， 会发现它看起来就像圆柱体 ， ”Gershman说道 。
把这些结果和在木星、土星、水星观测的等离子粒团作比较 ， 他们估计这个圆柱形状至少204000公里长 ， 差不多跨越400000公里 。 和所有的行星等离子粒团一样 ， 它充满了带电粒子 ， 作者觉得大部分都是电离氢 。
旅行者2号穿过等离子粒团内部时获得的读数暗示了它的起源 。 鉴于一些等离子粒团有一个扭曲的内部磁场 ， DiBraccio和Gershman 观察到了平滑闭合的磁圈 。 类环状的等离子粒团形成的原因通常是由于旋转的行星向太空中抛出了一些大气 。 “离心力占据主导 ， 大气被甩出去”Gershman说 。 根据他们的估算 ， 像这样的等离子粒团可以导致天王星15%到55%的大气质量损失 ， 比木星或土星的比例都大 。 这很可能是天王星大气逃逸的主要方式 。
随着时间推移 ， 等离子粒团逃逸是如何改变天王星的呢？仅靠一组观测数据是很难下结论的 。
“设想如果一艘飞行器只是飞过一间房子而尝试去给整个地球下定义 ， 这显然是不可能告诉你撒哈拉沙漠或者南极洲是怎么样的 。 ” DiBraccio说 。
但是这些发现帮助大家专注于这颗行星新的问题 。 剩下的秘密只是一部分 。 DiBraccio说“这就是为什么我喜欢行星科学的原因 。 你会一直去往你所不知道的地方 。 ”


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