其實(shí)你生活在一個(gè)“氣泡”中，這不是比喻意義上的泡沫，而是真正的“氣泡”，但別擔(dān)心，不只是你，還有博科園小編我呢?(^?^*)。就這一點(diǎn)而言，整個(gè)地球，以及太陽系中的每一個(gè)其他行星天體等，也都處于泡沫之中。

而且，我們可能正是因?yàn)檫@個(gè)“氣泡”才得以生存?？臻g物理學(xué)家稱這個(gè)“氣泡”為日光層，這是一個(gè)廣闊的區(qū)域，延伸距離是冥王星距日心的兩倍多。

如光層這個(gè)“氣泡”在所有行星周圍投射出一個(gè)磁場(chǎng)“力場(chǎng)”，使帶電粒子偏轉(zhuǎn)，如果你足夠幸運(yùn)地?fù)踝∷鼈兊脑?，否則這些帶電粒子會(huì)強(qiáng)行進(jìn)入太陽系，甚至?xí)毫涯愕腄NA。日光層的存在，歸功于從太陽流出的帶電粒子（所謂的“太陽風(fēng)”）和來自太陽系外的粒子相互作用。雖然一般認(rèn)為恒星之間的空間完全是空的，但實(shí)際上它被來自其他恒星的塵埃和氣體組成的稀薄微粒所占據(jù)。這包括現(xiàn)在活著的恒星，已死亡的恒星，以及尚未誕生的恒星。

日光層“氣泡”

在整個(gè)銀河系平均計(jì)算，每一個(gè)糖立方體大小的空間只容納一個(gè)原子，而我們太陽系周圍的區(qū)域甚至更不密集。太陽風(fēng)不斷地向外推著這些星際物質(zhì)，但是你離太陽越遠(yuǎn)，推力就越弱。經(jīng)過數(shù)百億英里之后，星際物質(zhì)開始向后推，日光層在兩者推開平衡的地方結(jié)束。但是，這條邊界到底在哪里，它看起來是什么樣子呢？波士頓大學(xué)文理學(xué)院和空間物理中心的天文學(xué)教授梅拉夫·奧弗(Merav Opher)近20年來一直在研究這些問題。

現(xiàn)在，她的回答引起了轟動(dòng)！因?yàn)槲覀冋麄€(gè)太陽系都在星際空間中運(yùn)動(dòng)，日球?qū)?，盡管它的名字，實(shí)際上并不是一個(gè)球體。太空物理學(xué)家長期以來一直把它的形狀比作彗星，一邊有一個(gè)圓形的“鼻子”，另一邊有一條長長的尾巴向相反的方向延伸。在網(wǎng)上搜索日光層的圖片，這就是你會(huì)找到的圖片（不真實(shí)）。使用新的計(jì)算機(jī)模型和來自旅行者1號(hào)航天器的數(shù)據(jù)，奧弗和合著者馬里蘭大學(xué)的詹姆斯·德雷克得出了一個(gè)不同的結(jié)論：

日光層形狀的激烈爭辯

他們提出日球?qū)訉?shí)際上是一個(gè)新月的形狀，事實(shí)上與新鮮出爐的牛角面包沒有什么不同，在這個(gè)“牛角面包”模型中，兩個(gè)噴流從“噴頭”向下游延伸，而不是一個(gè)褪色的尾巴，這開啟了關(guān)于日光層全球結(jié)構(gòu)的對(duì)話。梅拉夫·奧弗表示：我的研究論文并不是第一篇表明日球?qū)硬皇清缧切螤畹臇|西，但讓一場(chǎng)新的充滿活力的辯論成為焦點(diǎn)，這是非常有爭議的，我在每一次會(huì)議上都遭到猛烈抨擊，但我堅(jiān)持自己的立場(chǎng)。

然后，在“羊角面包”辯論開始兩年后，卡西尼號(hào)航天器（從2004年到2017年環(huán)繞土星運(yùn)行）的數(shù)據(jù)表明了日光層另一種景象?？ㄎ髂崽?hào)科學(xué)家通過計(jì)時(shí)日球?qū)舆吔缤獾幕芈暳Ｗ樱⑺鼈兣c雙胞胎旅行者號(hào)航天器測(cè)量到的離子進(jìn)行關(guān)聯(lián)，得出結(jié)論：日光層實(shí)際上非常接近于圓形和對(duì)稱：既不是彗星狀，也不是羊角面包狀，而更像是一個(gè)沙灘球狀，但結(jié)果和牛角面包一樣有爭議，因?yàn)楹芏嗳瞬粫?huì)輕易接受這種改變。

55年來，在這一領(lǐng)域工作的整個(gè)科學(xué)界都認(rèn)為日光層有彗星像尾巴。現(xiàn)在，科學(xué)家奧弗、德雷克和哈佛大學(xué)的阿維·勒布以及密歇根大學(xué)加博·托斯設(shè)計(jì)了一種新的日球?qū)尤S模型，可以將“牛角面包”與沙灘球協(xié)調(diào)起來，其研究成果發(fā)表在《自然天文學(xué)》期刊上。與大多數(shù)以前的模型不同，以前的模型假設(shè)太陽系內(nèi)的帶電粒子，都在相同的平均溫度附近徘徊，新的模型將粒子分為兩組。首先是直接來自太陽風(fēng)的帶電粒子，第二種是空間物理學(xué)家所說的“拾取”離子。

這些粒子以電中性的形式漂移到太陽系中，因?yàn)樗鼈儾粫?huì)被磁場(chǎng)偏轉(zhuǎn)。中性粒子可以“直接走進(jìn)來”，但隨后它們的電子被撞掉了。根據(jù)目前正在探索冥王星以外太空的新視野號(hào)透露，這些粒子在太陽風(fēng)的攜帶和電場(chǎng)的加速下，變得比普通太陽風(fēng)離子熱數(shù)百倍或數(shù)千倍。但只有通過分別對(duì)這兩組粒子的溫度、密度和速度進(jìn)行建模，研究人員才發(fā)現(xiàn)它們對(duì)日球?qū)有螤畹挠绊戇^大。根據(jù)新模型，這種形狀實(shí)際上區(qū)分了牛角面包和球體之間的差異。

稱它為充氣的沙灘球，或球莖牛角面包：無論哪種方式，奧弗的研究團(tuán)隊(duì)和卡西尼號(hào)團(tuán)隊(duì)研究人員似乎都能達(dá)成一致。新模型看起來與經(jīng)典彗星模型有很大的不同，但這兩者實(shí)際上可能比表面上看起來更相似，這取決于你是如何定義日光層邊緣的?？紤]一下將灰度照片轉(zhuǎn)換為黑白：最終圖像在很大程度上取決于您選擇哪種灰度作為黑白的分界線。

為什么要確定日光層的形狀？

研究系外行星的天文學(xué)家，對(duì)將太陽系日光層與其他恒星周圍的行星進(jìn)行比較非常感興趣。太陽風(fēng)和日光層可能是生命誕生的關(guān)鍵因素分嗎？如果想要了解我們的環(huán)境，最好了解整個(gè)日光層。然后就是那些能粉碎DNA的星際粒子問題，研究人員仍在研究它們對(duì)地球和其他星球上的生命到底意味著什么。一些科學(xué)家認(rèn)為它們實(shí)際上可以幫助驅(qū)動(dòng)基因突變，或許這些基因突變導(dǎo)致了像我們?nèi)祟愡@樣的生命誕生。

在適量的情況下，它們會(huì)引入變化和突變，使有機(jī)體進(jìn)化并變得更加復(fù)雜，但正如俗語所說，劑量造就了毒藥。也正如我們所知，在對(duì)待生命時(shí)，總是有一個(gè)微妙的平衡，太多的好事是壞事。然而，當(dāng)談到數(shù)據(jù)時(shí)，很少有太多的好事。雖然這些模型似乎正在收斂，但它們?nèi)匀皇艿教栂低獠繑?shù)據(jù)匱乏的限制。這就是為什么像Opher這樣的研究人員，希望刺激美國宇航局（NASA）發(fā)射下一代星際探測(cè)器，該探測(cè)器將在日光層中開辟一條路徑，并直接探測(cè)日球?qū)油鈬浇氖叭‰x子。

到目前為止，只有旅行者1號(hào)和旅行者2號(hào)宇宙飛船越過了這條邊界，它們?cè)?0多年前發(fā)射，攜帶了更老時(shí)代的儀器，這些儀器是為完成不同的研究而設(shè)計(jì)。約翰霍普金斯大學(xué)應(yīng)用物理實(shí)驗(yàn)室的任務(wù)倡導(dǎo)者說：一個(gè)新的探測(cè)器可能在本世紀(jì)30年代的某個(gè)時(shí)候發(fā)射，并在那之后10或15年開始探索日光層邊緣。有了星際探測(cè)器，天文學(xué)家們希望至少能解開旅行者號(hào)開始揭開的無數(shù)謎團(tuán)中的一部分，不論多久，這都是值得等待的。

博科園｜研究/來自：波士頓大學(xué)

參考期刊《自然天文學(xué)》

DOI: 10.1038/s41550-020-1036-0

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