旅行者2号飞掠天王星揭示新卫星、光环及磁层变化之谜

1986 年，美国宇航局的“旅行者 2 号”飞船飞过天王星，让科学家们首次近距离目睹了这颗奇怪的侧向旋转外行星，也是迄今为止唯一一次近距离目睹。除了发现新的卫星和光环外，科学家们还面临着新的谜团。行星周围的高能粒子违背了他们对磁场如何捕获粒子辐射的理解，天王星也因此赢得了太阳系异类的声誉。

现在，新的研究通过分析38年前那次飞掠收集的数据发现，这个特殊谜团的根源是一个宇宙巧合：事实证明，在旅行者2号飞掠之前的几天里，这颗行星受到了一种不同寻常的太空天气的影响，这种天气挤压了该行星的磁场，从而急剧压缩了天王星的磁层。

“如果旅行者 2 号早几天到达，它就会在天王星上观察到一个完全不同的磁层，”美国宇航局南加州喷气推进实验室的杰米·贾辛斯基 (Jamie Jasinski) 说道，他是《自然天文学》杂志上发表的新研究的主要作者。“该航天器仅在约 4% 的时间内观察到天王星的情况。”

磁层是环绕具有磁核和磁场的行星（包括地球）的保护性气泡，保护它们免受太阳风中从太阳喷出的电离气体（或等离子体）的冲击。了解磁层的工作原理对于了解我们自己的星球以及太阳系和其他地方人迹罕至的角落都很重要。

这就是为什么科学家热切地想要研究天王星的磁层，而 1986 年旅行者 2 号的数据让他们大惑不解。天王星磁层内部的电子辐射带强度仅次于木星臭名昭著的野蛮辐射带。但显然没有能量粒子源来为这些活跃的辐射带提供能量；事实上，天王星磁层的其余部分几乎没有等离子体。

等离子体的消失也让科学家们感到困惑，因为他们知道磁泡中的五颗天王星主要卫星应该会产生水离子，就像其他外行星周围的冰卫星一样。他们得出结论，这些卫星一定是惰性的，没有持续的活动。

解开谜团

那么为什么没有观测到等离子体，又是什么导致了辐射带的增强呢？新的数据分析指出，这是太阳风造成的。当来自太阳的等离子体冲击并压缩磁层时，它很可能将等离子体驱离系统。太阳风事件也会短暂地增强磁层的动态，从而通过向辐射带注入电子来为辐射带提供能量。

这一发现对天王星的五颗主要卫星来说可能是个好消息：它们中的一些可能毕竟具有地质活动性。对于暂时消失的等离子体，研究人员表示，这些卫星实际上可能一直在向周围的气泡中喷射离子，这是合理的。

行星科学家正致力于增强对神秘的天王星系统的了解，美国国家科学院 2023 年行星科学和天体生物学十年调查已将其列为未来 NASA 任务的优先目标。

喷气推进实验室的琳达·斯皮尔克 (Linda Spilker) 是航海者 2 号任务的科学家之一，她密切关注着1986 年飞掠天王星时传来的图像和其他数据。她还记得当时人们对这次事件的期待和兴奋，它彻底改变了科学家对天王星系统的看法。

“这次飞越充满了惊喜，我们正在寻找其异常行为的解释。旅行者 2 号测量的磁层只是时间上的一个快照，”斯皮尔克说，他已重返这项标志性任务，以项目科学家的身份领导其科学团队。“这项新工作解释了一些明显的矛盾，它将再次改变我们对天王星的看法。”

旅行者二号目前位于星际空间，距离地球约 130 亿英里（210 亿公里）。