金星發(fā)現(xiàn)磁場(chǎng)重聯(lián)現(xiàn)象

晨 風(fēng)

據(jù)歐洲空間局（ESA）網(wǎng)站報(bào)道，金星被一層濃厚的大氣層包圍，并且其并不擁有全球性偶極磁場(chǎng)。然而即便這顆行星缺乏磁層的保護(hù)，金星附近的空間區(qū)域中確實(shí)同樣存在著類(lèi)似其他行星，如地球一樣的一些相似之處。其中最新發(fā)現(xiàn)，也是最讓人意外的一點(diǎn)便是近期發(fā)現(xiàn)金星誘發(fā)磁場(chǎng)的磁尾處存在磁場(chǎng)重聯(lián)現(xiàn)象。

可以由內(nèi)部機(jī)制產(chǎn)生磁場(chǎng)的行星，如地球、水星、木星和土星，它們的外圍會(huì)存在一個(gè)看不見(jiàn)的磁層。這一磁層意義重大，它會(huì)阻擋太陽(yáng)發(fā)出的帶電粒子，如電子和質(zhì)子，使其發(fā)生偏移。正是這一特性形成了磁層——一層圍繞行星周?chē)木薮蟆皻馀荨?，在背離太陽(yáng)的方向形成一道長(zhǎng)長(zhǎng)的延伸帶，稱(chēng)為“磁尾”（magnetotail）。

然而由于金星缺乏產(chǎn)生磁場(chǎng)的內(nèi)部機(jī)制，因此它無(wú)法阻擋射來(lái)的太陽(yáng)帶電粒子，太陽(yáng)風(fēng)有時(shí)候會(huì)直接和金星高層大氣發(fā)生相互作用。然而金星并非完全暴露在這種粒子的轟擊中，它部分受到了一個(gè)誘發(fā)磁場(chǎng)的保護(hù)。

和在地球上發(fā)生的情況一樣，太陽(yáng)紫外輻射會(huì)剝奪高層大氣原子和分子中的電子，從而形成一層帶電的電離層。這一電離層會(huì)和太陽(yáng)風(fēng)和太陽(yáng)風(fēng)攜帶的太陽(yáng)磁場(chǎng)發(fā)生相互作用。在和太陽(yáng)風(fēng)的長(zhǎng)期相互作用過(guò)程中，這一高層大氣的區(qū)域可以減緩并偏折入射的太陽(yáng)風(fēng)粒子，從而同樣形成一層磁層，在背離太陽(yáng)處，其形狀就像是彗星的尾巴。

數(shù)十年來(lái)探測(cè)器的空間考察已經(jīng)確認(rèn)在地球、水星、木星和土星磁層中頻繁發(fā)生著磁場(chǎng)重聯(lián)現(xiàn)象。在這一過(guò)程磁能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，磁場(chǎng)重聯(lián)本身是指方向相反的磁力線(xiàn)因互相靠近而發(fā)生的重新聯(lián)結(jié)現(xiàn)象。在地球上，這一機(jī)制導(dǎo)致了磁暴和極光的產(chǎn)生。

直到最近，科學(xué)家們?nèi)耘f不認(rèn)為在一顆像金星這樣不擁有磁場(chǎng)的大行星周?chē)鷷?huì)存在這種重聯(lián)現(xiàn)象。然而，來(lái)自中國(guó)科技大學(xué)中科院近地空間環(huán)境重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室的張鐵龍教授和一個(gè)國(guó)際科學(xué)家小組近日在《科學(xué)》雜志網(wǎng)絡(luò)版《科學(xué)快報(bào)》（Science Express）上發(fā)表文章，宣布他們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)首個(gè)證明金星誘發(fā)磁場(chǎng)的磁尾處確實(shí)存在磁場(chǎng)重聯(lián)現(xiàn)象的證據(jù)。

歐洲空間局（ESA）所屬的金星快車(chē)探測(cè)器運(yùn)行在一個(gè)近極軌道上，這一軌道特性對(duì)于某些設(shè)備，如磁強(qiáng)計(jì)和低能粒子探測(cè)器等進(jìn)行太陽(yáng)風(fēng)-電離層-磁尾相互作用機(jī)制的探測(cè)工作非常理想。在此之前的探測(cè)項(xiàng)目，如先鋒-金星號(hào)，要么由于軌道特性差異，要么由于探測(cè)時(shí)正處于不同的太陽(yáng)活動(dòng)水平上而未能探測(cè)到金星的這一重聯(lián)現(xiàn)象。

2006年5月15日，金星快車(chē)號(hào)探測(cè)器穿過(guò)金星磁尾，在這里它探測(cè)到一個(gè)持續(xù)時(shí)間約為3分鐘的轉(zhuǎn)動(dòng)磁場(chǎng)結(jié)構(gòu)?；谄涑掷m(xù)時(shí)間和探測(cè)器運(yùn)行速度的計(jì)算顯示這一區(qū)域的寬度大約為3400公里。這一事件發(fā)生于距離金星1.5倍半徑處，即距離金星大約9000公里，科學(xué)家們認(rèn)為這是一個(gè)等離子體團(tuán)。這是一種轉(zhuǎn)瞬即逝的磁場(chǎng)圈層結(jié)構(gòu)，一般發(fā)生于行星磁尾發(fā)生重聯(lián)時(shí)。

對(duì)于金星快車(chē)數(shù)據(jù)進(jìn)行的進(jìn)一步分析顯示出更多證明金星磁場(chǎng)與磁尾處等離子體之間存在能量交換的證據(jù)。數(shù)據(jù)同樣顯示在很多方面，金星磁層就像是一個(gè)縮小規(guī)模的地球磁場(chǎng)。

地球的情況是，磁場(chǎng)重聯(lián)現(xiàn)象一般發(fā)生在背陽(yáng)處10-30倍地球半徑處的磁尾和等離子體片位置上。由于地球的磁場(chǎng)要強(qiáng)大得多，可以推斷金星的磁場(chǎng)重聯(lián)如果存在，則應(yīng)當(dāng)發(fā)生在其背陽(yáng)處1～3倍半徑位置。而這正是金星快車(chē)號(hào)探測(cè)器數(shù)據(jù)所證實(shí)的。

張鐵龍教授表示：“等離子體團(tuán)在一些行星的磁層中非常常見(jiàn)，如地球、木星等，但是對(duì)于一顆不擁有磁場(chǎng)的行星，如金星這種情況，發(fā)現(xiàn)這一現(xiàn)象讓人預(yù)想不到?！睆埥淌谑沁@篇發(fā)表在《科學(xué)》雜志上論文的第一作者。他本人是金星快車(chē)飛船磁強(qiáng)計(jì)設(shè)備的首席科學(xué)家，同時(shí)也是位于奧地利格拉斯的空間研究院高級(jí)研究科學(xué)家。

他說(shuō)：“磁場(chǎng)重聯(lián)造成了磁尾分裂，導(dǎo)致磁尾中大部分的等離子體被拋射出去，進(jìn)入太空。同時(shí)這一事件還會(huì)產(chǎn)生一個(gè)等離子體團(tuán)結(jié)構(gòu)向金星運(yùn)動(dòng)，將一部分太陽(yáng)風(fēng)的能量傳遞至金星背陽(yáng)面的大氣層中。因此這種磁場(chǎng)重聯(lián)現(xiàn)象構(gòu)成了金星上等離子體的循環(huán)機(jī)制，這一點(diǎn)和地球磁場(chǎng)中磁尾處發(fā)生的情況相似?！?/p>

此次新發(fā)現(xiàn)在金星磁尾處存在等離子體逃逸的現(xiàn)象或許可以作為一種新的可能機(jī)制，用于解釋金星高層大氣的流失現(xiàn)象。這一點(diǎn)對(duì)于解釋金星在發(fā)生嚴(yán)重溫室效應(yīng)之后最終完全丟失其水分的過(guò)程將具有重要意義。

哈肯·司韋德海姆（Hkan Svedhem）是歐空局金星快車(chē)項(xiàng)目科學(xué)家，他說(shuō)：“盡管理解大氣損失機(jī)制是構(gòu)建行星演化模型的關(guān)鍵一步，我們對(duì)于磁場(chǎng)重聯(lián)機(jī)制卻仍舊缺乏了解，這是因?yàn)槲覀儗?duì)于除了地球之外的其他行星的磁場(chǎng)特性缺乏實(shí)地考察數(shù)據(jù)?！?/p>

他說(shuō)：“這一結(jié)果證明，對(duì)于類(lèi)地行星的空間探測(cè)項(xiàng)目，如歐空局實(shí)施的金星快車(chē)、火星快車(chē)以及‘星簇’探測(cè)項(xiàng)目對(duì)于我們了解行星大氣層乃至行星本身的復(fù)雜演化機(jī)制將是至關(guān)重要的?！?/p>