星际空间中的独特物理学：航海家号探测器探测到新型的太阳电子爆发

时间：2021-10-30 15:51:56 来源：

该艺术家的概念表明，美国宇航局的旅行者号飞船之一进入星际空间或恒星之间的空间。数百万年前，巨型恒星的死亡喷射出的等离子体在该区域中占主导地位。较稀疏的等离子填充了我们太阳气泡内的环境。

物理学家报告说，加速电子与宇宙射线有关。

自旅行者号发射以来已有40多年的历史，但仍在不断发现。

在一项新的研究中，以爱荷华大学为首的一组物理学家报告说，首次发现了由太阳大爆发产生的冲击波加速的宇宙射线电子爆发。由旅行者1号和旅行者2号航天器上的仪器进行的探测是在旅行者继续穿越星际空间的过程中发生的，因此使他们成为第一个在恒星之间的领域中记录这种独特物理学的飞船。

这些新近检测到的电子脉冲就像星际介质中沿着磁场线加速的高级防护一样。电子以接近光速的速度行进，比最初推动它们的冲击波快约670倍。爆炸之后，是由低能量电子在几天后到达旅行者号仪器上引起的等离子波振荡-最终，在某些情况下，冲击波本身会在此后一个月之内出现。

旅行者太空船在星际空间中旅行时仍在继续发现。在一项新的研究中，爱荷华大学的物理学家报告说，旅行者号探测到了与太阳爆发有关的宇宙射线电子（距离太阳超过140亿英里）。

冲击波是由日冕物质抛射，热气排出和能量散发出来的，它们以每小时约一百万英里的速度从太阳向外移动。即使以这样的速度，冲击波也要超过一年的时间才能到达旅行者号航天器。旅行者号航天器离太阳的距离（超过140亿英里，还在不断增加），比任何人造物体都要远。

“我们在这里看到的是一种特定的机制，当冲击波首先接触穿过航天器的星际磁场线时，它会反射并加速一些宇宙射线电子，”物理学和天文学名誉教授唐·古尼特（Don Gurnett）说。爱荷华州和该研究的通讯作者。“我们已经通过宇宙射线仪器确定了这些电子，这些电子被星际激波反射并加速了，这些星际激波是从太阳的高能太阳事件向外传播的。这是一种新机制。”

这一发现可以帮助物理学家更好地理解耀斑恒星（由于其表面上的剧烈活动而短暂改变亮度）和爆炸恒星所产生的冲击波和宇宙辐射的动力学。例如，在长时间的月球或火星游览中派遣宇航员时，这种现象的物理性质将是重要的考虑因素，在此期间，他们将暴露于远远超过我们在地球上所经历的宇宙射线浓度下。

物理学家认为，星际介质中的这些电子会从冲击波边缘的增强磁场中反射出来，并随后通过冲击波的运动而加速。然后，反射的电子沿着星际磁场线旋转，并随着它们之间的距离和震动的增加而加快速度。

物理学家J.R.Jokipii和Jozsef Kota从理论上描述了如何沿着星际磁场线加速从冲击波反射的离子。当前的研究着眼于旅行者号探测器探测到的电子爆炸，这些爆炸被认为是通过类似的过程加速的。

“冲击波使粒子加速的想法并不新鲜，”古纳特说。“这全都与它的工作方式，机制有关。我们在一个新的领域-星际介质中发现了它，这一事实与观察到类似过程的太阳风有很大不同。在全新的原始介质中，没有人看到过星际冲击波。”

参考：“太阳起源星际冲击的前震模型：Voyager 1和2观测”，作者：D。A. Gurnett，W。S. Kurth，E。C. Stone，A。C. Cummings，B。Heikkila，N。Lal，S。M. Krimigis，R。B. Decker，N。F. Ness和L. F. Burlaga，2020年12月3日，天文杂志。DOI：
10.3847 / 1538-3881 / abc337

合著者包括来自爱荷华州的William Kurth；加州理工学院的Edward Stone和Alan Cummings；美国国家航空航天局戈达德太空飞行中心的科比·海基拉，南德·拉尔和伦纳德·伯拉加；约翰·霍普金斯大学应用物理实验室的Stamatios Krimigis和Robert Decker；和特拉华大学的诺曼·内斯（Norman Ness）。

NASA资助了这项研究。

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