美国宇航局的科学家在数十年前的旅行者2号数据中发现了关于冰巨星天王星的秘密

旅行者2号在1986年1月14日接近天王星时拍摄了这张照片。行星朦胧的蓝色是由于其大气中的甲烷吸收了红色波长的光。

冰巨星天王星似乎正在向大气层失去一点大气，也许是被行星的磁场所吸引。

NASA的旅行者2号太空船进入太阳系大巡视已有八年半了，已经准备好再次相遇。那是1986年1月24日，不久它将与神秘的第七行星冰冷的天王星相遇。

在接下来的几个小时内，旅行者2号在天王星的云顶50,600英里（81,433公里）内飞行，收集的数据揭示了两个新的环，11个新卫星以及温度低于华氏353度（摄氏214度）的温度。数据集仍然是我们对行星所做的仅有的近距离测量。

三十年后，重新检查该数据的科学家发现了另一个秘密。

34年前，旅行者2号飞过质体，这是一个巨大的磁泡，它可能一直在将天王星的大气冲向太空，这是整个太空物理学界所不知道的。《地球物理研究快报》报道了这一发现，这一发现提出了有关地球独一无二的磁环境的新问题。

摇晃的磁奇数

整个太阳系中的行星大气正在泄漏到太空中。氢从金星中涌出，加入太阳风，不断的粒子流逸出太阳。木星和土星喷射它们带电的空气。甚至地球的大气泄漏。（请放心，它还会再存在十亿年左右。）

在人类的时间尺度上影响很小，但是只要足够长的时间，大气逃逸就可以从根本上改变星球的命运。例如，看一下火星。

美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的太空物理学家，火星大气与挥发性演化或MAVEN任务的项目科学家吉娜·迪布拉克西奥（Gina DiBraccio）说：“火星曾经是一个大气层很潮湿的潮湿星球。”“它随着时间的流逝而发展”-40亿年泄漏到太空中-“成为我们今天看到的干燥星球。”

更多秘密
：显示天王星磁场的动画GIF。黄色箭头指向太阳，浅蓝色箭头标记为天王星的磁轴，深蓝色箭头标记为天王星的旋转轴。

行星磁场是大气逃逸的动力，磁场既可以帮助也可以阻止这一过程。科学家认为，磁场可以保护行星，抵御太阳风吹向大气层的爆炸。但是它们也可以创造逃脱的机会，例如当磁场线纠缠在一起时，巨大的小球就会从土星和木星上脱落下来。无论哪种方式，要了解大气如何变化，科学家都会密切关注磁性。

这是天王星如此神秘的另一个原因。旅行者2号（Voyager 2）的1986年掠过事件揭示了该行星的磁性有多怪异。

DiBraccio说：“结构，运动方式…，天王星确实是独立存在的。”

与我们太阳系中的任何其他行星不同，天王星在其侧面几乎完全自转-像在吐唾沫上的猪一样-每17小时完成一次滚桶运动。它的磁场轴指向与该自旋轴成60度角的距离，因此当行星旋转时，它的磁层-由其磁场雕刻出的空间-像投掷不佳的足球一样摇摆。科学家仍然不知道如何建模。

奇异之处吸引了迪布拉科西奥和她的合著者戈达德太空物理学家丹·格什曼（Dan Gershman）参与了该项目。两者都是为“冰巨人”天王星和海王星的新任务制定计划的团队的一部分，他们正在寻找解决的谜团。

天王星的奇怪磁场最近一次测量是在30多年前，它似乎是一个不错的起点。

因此，他们下载了旅行者2号的磁力计读数，该读数监测了飞船飞行时天王星附近磁场的强度和方向。他们不知道会发现什么，因此比以前的研究放大了更多，每1.92秒绘制一个新的数据点。平滑的线条被锯齿状的尖峰和低谷所取代。那就是他们看到的时候：一个有大故事的小曲折。

“您认为这可能是等离…子体吗？”格什曼问狄布拉科西奥（DiBraccio），看到那幅花花公子的样子。

在旅行者2号飞越时鲜为人知的是，等离子体被认为是行星失去质量的重要方式。这些巨大的等离子或带电的气体气泡从行星的磁尾部被夹住，磁尾部被磁场吹向太阳，就像风向袋一样。只要有足够的时间，逃逸的等离子体就可以从行星大气中排出离子，从而从根本上改变其成分。

他们已经在地球和其他行星上被观测到了，但是还没有人在天王星上发现过等离子体。

DiBraccio通过她的处理管道运行数据，结果重新整理干净。她说：“我认为绝对是。”

泡泡逃生

发现的等离激元DiBraccio和Gershman仅占据了旅行者2号乘天王星飞行45小时的60秒。在磁力计数据中，它表现为快速上下跳动。“但是，如果以3D绘制，它看起来就像圆柱体，”格什曼说。

将他们的结果与在木星，土星和水星上观测到的等离激元进行比较，他们估计圆柱体的形状至少长127,000英里（204,000公里），宽约250,000英里（400,000公里）。作者相信，像所有行星等离子体一样，它充满了带电粒子-大多数是离子化的氢。

当旅行者2飞越它时，等离子体的内部读数暗示了它的起源。尽管一些等离子体均具有扭曲的内部磁场，但DiBraccio和Gershman观察到平滑，闭合的磁环。这样的环状等离子体通常形成为一个旋转的行星将其大气中的一部分抛向太空。格什曼说：“离心力接管了，电浆被挤压了。”根据他们的估计，这样的等离子体会占天王星大气质量损失的15％至55％，比木星或土星的比例更大。这很可能是天王星将大气释放到太空的主要方式。

浆体逃逸如何随时间改变天王星？只有一组观察结果，这很难说。

DiBraccio说：“想象一下，如果有一个航天器刚刚飞过这个房间并试图描绘整个地球的特征。”“显然，它不会向您显示有关撒哈拉或南极洲的情况。”

但是这些发现有助于关注有关这个星球的新问题。剩下的奥秘是抽奖的一部分。“这就是为什么我热爱行星科学，”迪布拉科西奥说。“您总是会去一个您并不真正知道的地方。”

参考：Gina A.DiBraccio和Daniel J.Gershman撰写的“天王星基于质体的运输的旅行者2约束”，地球物理研究快报，2019年8月9日。
10.1029 / 2019GL083909

“旅行者”双飞船由美国宇航局喷气推进实验室制造，并将继续由其运营。JPL是Caltech在帕萨迪纳的一个分支。旅行者号飞行器是美国国家航空航天局太阳物理学系统天文台的一部分，该观测站由华盛顿科学任务局太阳物理学部赞助。