IBEX探索太阳风以外的磁系统

根据来自NASA的“星际边界探测器”的数据，星际磁场的模型（否则会是直的）围绕我们的日球层弯曲。红色箭头表示太阳系在银河系中的移动方向。图像

最新发表的研究使用IBEX数据来绘制环绕我们的磁系统的更好图景，这为数十年前的奥秘解释了一个原因，那就是为什么我们在太阳的一侧比另一侧测量更多的高能宇宙射线。

了解太阳系行进的星际空间区域绝非易事。星际空间开始于太阳圈以外，围绕太阳的带电粒子的气泡到达了远远超出外行星的范围。旅行者1号已经进入了这个领域，但是很难仅从一个方向上获得完整的全局图像。

过去五年来，来自近地的宇宙飞船数据和宇宙射线观测已经更好地描绘了我们周围的磁系统，同时又提出了新的问题。科学家们在一项新研究中挑战了我们目前的理解，这项研究将银河中从其他地方流入的大量高能宇宙射线粒子的观测结果与来自美国宇航局的星际边界探测器或IBEX的观测结果结合在一起。

数据集显示的磁场几乎垂直于我们通过银河系的太阳系的运动。除了为我们的宇宙邻域提供光线之外，这些结果还解释了为什么我们在太阳的一侧比另一侧测量到更多的高能宇宙射线的原因已有数十年之久。这项研究发表在2014年2月13日的《科学快报》上。

达勒姆市新罕布什尔大学的内森·史瓦顿（Nathan Schwadron）说：“这是一段迷人的时光。”“五十年前，我们首次测量了太阳风，并了解了近地空间之外的事物的本质。现在，当我们尝试从日光层之外一直了解物理学时，一个全新的科学领域正在打开。”

来自太阳太阳风的恒定粒子流向各个方向向外流动，直到其减速以平衡来自星际风的压力为止，才形成了日球层。直接从这个复杂边界区域的中心收集的唯一信息是来自NASA的旅行者号任务。旅行者1号于2004年进入边界区域，经过了终止冲击，在那里太阳风突然减速。旅行者1号于2012年进入星际空间。

绕地球轨道运行的IBEX从远处研究了这些区域。航天器探测到在日光层边界相互作用而形成的高能中性原子，该区域为超越范围的物体提供了令人着迷的线索。这些相互作用主要受电磁力的影响。从银河系传入的粒子由带负电的电子，带正电的原子（称为离子），中性粒子和尘埃组成。带电粒子被迫沿着遍及整个空间的磁场线传播。有时，带电粒子在日光层的外围与中性原子碰撞，并从中性原子捕获电子。窃取电子后，带电粒子变为电中性，并沿直线加速。这些快速中性粒子中的一些流入内部太阳系，到达IBEX的探测器。根据这些中性粒子的速度和方向，科学家可以确定有关原始碰撞所涉及的原子和磁场线的信息。

2009年，IBEX科学家进行了研究，结果显示中性原子分布不均。在日球边界上有一条带，向IBEX发送大量中性原子。

研究人员想知道这种形状是否也可能与宇宙射线中看到的不均匀有关。在地球上，我们测量的宇宙射线更多，它们是从银河系其余部分以光速的99％流入的，它们是从太阳系尾部附近而不是从另一侧入射的。弄清进入的宇宙射线的来源和路径并不容易，因为射线在与地球大气中的其他粒子碰撞之前围绕着日光层内外的磁力线旋转，从而形成了次级粒子的阵雨。我们检测到。为了使事情进一步复杂化，日球层正在穿越银河系。

“在某种程度上，这就像试图快速骑行时确定风向，并且风向不是特别强烈，”位于马里兰州格林贝尔特的美国宇航局戈达德太空飞行中心的IBEX项目科学家埃里克·克里斯蒂安（Eric Christian）说。 ，以及该论文的合著者。“风带来了一些影响，但是它很小并且很难测量。”

IBEX提出的星际空间磁场预示着宇宙射线将如右图所示进入–蓝色代表较少的射线。这看起来与实际观察到的相似，如左图所示，从而支持了IBEX的发现。图像

为了查看IBEX数据是否与宇宙射线观测有关，Schwadron使用IBEX数据建立了一个计算机模型，该模型模拟了行星际磁场在日光层周围的样子。没有日光层，场线将是直线和平行的。

Schwadron说：“但是，日光层就像是一个卵，位于所有这些磁场线的中间。”“战场线必须在这方面扭曲自己。”

有了这个模型，他模拟了日光层将如何影响宇宙射线。他认为射线是从太空中的任何地方均匀地入射到日光层的，但可以根据局部的磁几何形状对它们进行扭曲。模拟显示宇宙射线粒子的不均匀分布，与观察到的不均匀性很好地交错。

“这项重要论文的分析与我们团队开发的数值模型与日光层的理论观点紧密相关，该模型使用IBEX观测数据得出星际磁场方向，”阿拉巴马大学的太空科学家Nick Pogorelov说在处理IBEX数据的Huntsville。“它表明，将太阳和星际等离子体分开的绝顶极长，可能在顺风方向上达到2万亿英里，因此可能会影响高能宇宙射线向太阳系的传输。”

不幸的是，这并不能证明太阳射线和星际磁场是造成宇宙射线之谜的唯一原因。但是，这项研究表明，我们附近的磁性结构确实提供了潜在的答案。

此外，在宇宙射线数据中看到的结果与IBEX之间的一致性为IBEX结果提供了外界的确认，证明了我们在日光层外部的磁场是什么样的。与旅行者1的测量结果相比，这是一个有趣的难题，因为旅行者1的数据为太阳系外的磁场提供了不同的方向。

Schwadron说，这并不意味着一组数据是错误的，而一组数据是正确的。旅行者1号直接进行测量，并在特定时间和地点收集数据； IBEX会收集远距离平均的信息，因此存在差异的空间。确实，这种差异可以用作线索。了解两次测量之间为何存在差异的原因，我们将获得更多信息。将会有更多的IBEX观测值和更多的Voyager观测值进入。与所有研究一样，更多的数据将有助于阐明情况，不久我们将进一步了解如何适应宇宙的其余部分。

出版物：N. A. Schwadron等人，“来自IBEX的与太阳当地银河环境有关的TeV宇宙射线的全球各向异性”，《科学》，2014年； DOI：10.1126 / science.1245026

图片：NASA / IBEX / UNH； NASA / IBEX / UNH