SHIELD團隊研究太陽系保護性"磁力場"的團隊取得突破性進展

美國國家航空航天局資助的SHIELD團隊的天體物理學家在瞭解日光層的探索中達到了另一個里程碑。一個總部設在波士頓大學的多機構天體物理學家團隊在BU天體物理學家Merav Opher的領導下，在我們對塑造太陽系周圍保護性氣泡的宇宙力量的理解上取得了突破性發現，這個氣泡為地球上的生命提供庇護，被太空研究人員稱為日光層。

天體物理學家認為，日光層保護我們太陽系內的行星免受來自超新星的強大輻射，超新星是整個宇宙中垂死的恆星的最後爆炸。他們認為，日光層遠遠超出了我們的太陽系，但儘管日光層為地球上的生命形式提供了巨大的宇宙輻射緩衝，沒有人真正知道日光層的形狀，或者說，它的大小。

Opher的團隊根據建立在可觀測資料和理論天體物理學基礎上的模型，構建了一些最引人注目的日光層計算機模擬。在BU的空間物理中心，哈佛文理學院的天文學教授Opher領導著一個NASA DRIVE（多樣性、實現、整合、冒險、教育）科學中心，該中心由130萬美元的NASA資金支援。該團隊由Opher從其他11所大學和研究機構招募的專家組成，開發日光層的預測模型，該團隊稱之為SHIELD（太陽風與氫離子交換和大規模動力學）。

這就是日光層的樣子嗎？由BU領導的研究表明是這樣的。保護我們的太陽系不受致命的宇宙射線傷害的磁性"力場"的大小和形狀，長期以來一直被天體物理學家所爭論。

自從BU的NASA DRIVE科學中心在2019年首次獲得資金以來，Opher的SHIELD團隊一直在為幾個令人困惑的問題尋找答案。日球層的整體結構是什麼？它的電離粒子如何演變並影響日光層的過程？日光層是如何與星際介質（存在於恆星之間的物質和輻射）相互作用和影響的？宇宙射線又是如何被日光層過濾或透過日光層傳輸的？"SHIELD團隊將理論、建模和觀測結合起來，建立全面的模型，"Opher說。"所有這些不同的組成部分一起工作，以幫助理解日光層的謎題"。

而現在，Opher和合作者在《天體物理學雜誌》上發表的一篇論文顯示，來自太陽系外的中性氫粒子流很可能在我們日光層的形成方式中發揮了關鍵作用。

在他們的最新研究中，Opher的團隊想了解為什麼日光層噴流--綻放的能量和物質柱，與整個宇宙中發現的其他型別的宇宙噴流相似--會變得不穩定。"為什麼恆星和黑洞以及我們自己的太陽會噴射出不穩定的射流？"奧弗爾說。"我們看到這些射流投射出不規則的柱子，[天體物理學家]多年來一直想知道為什麼這些形狀會出現不穩定。"

同樣，SHIELD模型預測，與我們的太陽同步行進幷包括我們太陽系的日光層似乎並不穩定。由其他天體物理學家開發的其他日光層模型傾向於將日光層描述為具有類似彗星的形狀，在其身後有一個噴流或"尾"流。相比之下，Opher的模型表明，日光層的形狀更像一個羊角麵包甚至是一個甜甜圈。

其原因是什麼？中性氫粒子，所謂的中性氫粒子是因為它們有等量的正負電荷，從理論上講，這樣的不穩定性將導致太陽風和從我們的太陽發出的射流的干擾，導致日光層分裂其形狀--變成一個羊角麵包的形式。儘管天體物理學家還沒有開發出觀察日光層實際形狀的方法，但Opher的模型表明，撞向我們太陽系的中子的存在將使日光層不可能像射出的彗星那樣均勻流動。有一件事是肯定的--中子肯定在太空中經歷了猛烈撞擊。

這一模型為日光層的形狀在北部和南部地區破裂的原因提供了第一個明確的解釋，這影響我們對銀河系宇宙射線如何進入地球和近地環境的理解，這與輻射對地球上的生命構成的威脅相關，也會影響到太空中的宇航員或未來試圖前往火星或其他星球的先驅者。

"宇宙並不安靜，"Opher說。"我們的BU模型並不試圖切斷混亂，這使我能夠準確地找到[日光層不穩定的]原因.... 中性氫粒子"。

具體來說，中性粒子的存在與日光層的碰撞引發了物理學家所熟知的一種現象，稱為瑞利-泰勒不穩定性，當兩種不同密度的材料發生碰撞時，較輕的材料會對較重的材料產生推力。當石油懸浮在水面上，以及當較重的液體或材料懸浮在較輕的液體上時，就會發生這種情況。重力發揮了作用，併產生了一些瘋狂的不規則形狀。在宇宙射流的情況下，中性氫粒子和帶電離子之間的阻力產生了類似於重力的效果。例如，在著名的馬頭星雲中看到的"手指"正是由瑞利-泰勒不穩定性造成的。

Opher說："這一發現是一個真正的重大突破，它真正為我們確定了一個方向，即發現為什麼我們的模型會得到其獨特的羊角形日光層，而其他模型則沒有，"。