天王星辐射之谜是“误会”

IT之家 12 月 16 日消息，科技媒体 Space 于 12 月 10 日发布博文，报道称西南研究所（SwRI）科学家通过重新分析 1986 年“旅行者 2 号”飞掠天王星的旧数据，解开了一个困扰学界近 40 年的磁层谜团。

作为唯一造访过天王星的人类探测器，“旅行者 2 号”于 1986 年 1 月 24 日传回了令人费解的数据。数据显示，这颗冰巨星拥有一个极其怪异的磁层：其磁场中心偏离行星核心，且与自转轴呈 59 度倾角。

1986 年，旅行者 2 号飞掠天王星时，看到的天王星是一个几乎没有特征的灰绿色球体。图源：美国宇航局

更反常的是，当时探测到的磁层内几乎没有等离子体（电离气体），却充满了极高密度的电子辐射带。这种“空荡却高能”的矛盾状态，在此后近 40 年里一直被误认为是天王星的固有特征。

图源：Pixabay

西南研究所（SwRI）的罗伯特?艾伦（Robert Allen）团队利用现代技术重新审视了这些旧数据，并得出了颠覆性结论，认为当年“旅行者 2 号”观测到的并非天王星的常态，而是一个极低概率的巧合。

研究指出，“旅行者 2 号”飞掠时，天王星恰好遭遇了一种被称为“共旋转相互作用区（CIR）”的太阳风结构。这是一种源自太阳的高速粒子流激波，它在探测器抵达前夕剧烈压缩了天王星磁层，将原本存在的等离子体“挤”出了系统，导致探测器读数显示等离子体缺失。

研究团队为了验证这一假设，采用了比较行星学的方法，将目光投向了地球。2019 年，地球曾经历过一次类似的强太阳风暴事件。

旅行者 2 号飞掠天王星时，示意图展示一个共旋相互作用区是如何激发天王星辐射带并压缩其磁层的，图源：美国宇航局

SwRI 的首席科学家 Robert C. Allen 博士指出，通过对比地球在类似条件下的反应，团队发现太阳风与磁层的相互作用会产生剧烈的高频波。在特定条件下，这些波不仅不会驱散电子，反而会将其加速至接近光速，从而在短时间内形成高能辐射带。

天王星当时很可能发生了同样的物理过程：太阳风激波不仅排空了等离子体，还为电子带注入了额外能量，从而制造了“异常活跃”的假象。

西南研究院（SwRI）的科学家们将 2019 年地球上发生的强烈太阳风暴（第二幅图）所引发的快速太阳风结构（第一幅图）的空间天气影响，与 1986 年旅行者 2 号探测器在天王星观测到的情况（第三幅图）进行了比较，以期解开困扰人们 39 年的关于极端辐射带的谜团。“合唱波”是一种电磁辐射，它可能会加速电子，而这种辐射可能正是由太阳风暴产生的。图源：西南研究院

这一发现意味着，科学家过去 40 年对天王星磁层的认知可能基于一个“特例”时刻，而非其常态。艾伦强调，如果在非太阳风暴期间观测，天王星的磁层可能看起来完全不同，甚至更接近其他行星的标准模型。

这一结论推翻了“天王星磁层总是怪异”的旧有假设，不仅对理解海王星（同样拥有倾斜磁层）具有重要参考价值，更为 NASA 将天王星探测列为优先任务提供了无可辩驳的科学理由。