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太阳系到底是什么形状的？你的第一反应，可能是下面这样的—— （图片说明：太阳系主要天体） 不过，这真的不能算是太阳系的形状，因为这只是太阳系主要天体的分布而已。这就好像有一个一米高的水缸，只装了一厘米高的水，你不能说这个缸的高度就只有一厘米，而是要按照缸的边缘来算，那就是一米高。 同样的，想要描述太阳系的形状，我们也要寻找太阳系的边缘才行。 太阳系的边缘，也有不同的定义。我们可以根据太阳的引力范围来规定，不过这个范围大到超出了我们的观测范围。太阳的引力至少可以延伸1光年以外，然而我们观测到最遥远的天体也只有这个距离的1%左右。 规定太阳系的边缘还有一个要考虑的因素，那就是具备研究价值。所以，科学家们提出了另一个概念——日球层。 （图片说明：太阳风） 我们知道，太阳除了发光发热之外，还会向宇宙中释放大量的辐射，比如太阳风。太阳风的本质就是一些高能等离子体，在太空中穿梭。显然，飞出的距离越远，太阳风的威力就越弱。 与此同时，宇宙中还有其他天体发出的各种各样的辐射，它们也有很高的能量。在距离太阳比较近的地方，太阳辐射足够强，占据上风；在距离太阳足够远的地方，太阳辐射鞭长莫及，宇宙辐射占据上风。在某个位置，两种辐射则能够达到几乎相等的程度，形成“拉锯战”的局面。 太阳风能够统治的范围，被称为日球层，也有人称之为日光层，日球层以外被称为星际空间。 （图片说明：日光层示意图） 日球层的边界在距离太阳约120个天文单位（180亿公里）的位置上，厚度约为0.5个天文单位，被称为日球层顶。这个日球层顶，就被很多科学家看作是太阳系的边界。 虽然名叫日球层，但它就真的是球形吗？ 其实不然。因为太阳系不是固定的，而是绕着银河系中心进行公转的。在这个过程中，整个太阳系不是在完全的真空环境下穿行的，而是穿行于银河系空间内的宇宙辐射之中。所以，太阳系的前方（科学家称之为鼻尖）会受到前方宇宙辐射的作用而被压缩，后面（反向鼻尖）则没有这样的压力，会延伸得很长。 总体上说，太阳系的日球层顶应该是类似于彗星的形状，如下图所示—— （图片说明：最初科学家认为太阳系的外形是彗星的形状） 然而，问题并不是那么简单的，这只是理论上推测的结果，还需要实际验证。上个世纪70年代末，美国发射了两个旅行者号探测器，前往太阳系边缘进行探索。如今，这两个探测器已经先后冲出了日球层顶，正式进入了星际空间。 这两台探测器沿途都会收集相关的数据，传回地球供科学家研究，帮助科学家绘制太阳系的外形。然而，当结果出来时，科学家也懵了——这真的是太阳系吗？ 去年，波士顿大学天体物理学家Merav Opher在《自然-天文学》杂志上发表了科学家的研究结果，令人惊讶的是，太阳系的形状竟然和上面想象的完全不一样，而是呈现出了非常不规则的形状，看起来像是一个羊角包，具体来说就是这样的—— （图片说明：太阳系的外形可能像是个羊角包） 这确实出乎许多人的意料，不仅是因为想不到它会呈现这种形状，而且这个形状也太不规则了，不像是自然形成的啊！ 自从取得了这个发现后，Opher就对这个事实充满了兴趣，决心进行深入的研究。一年过去了，他和他的团队在《天体物理学杂志》上发表了最新的研究成果，或许可以解释太阳系为何长成这样。 Opher将目光聚焦在了一种名叫日球层喷流的现象。所谓的日球层喷流，指的是从太阳的两极所释放出来的一对物质流，经过太阳磁场和星际磁场的相互作用雕刻后形成的一种现象。研究人员注意到，这种日球层喷流本身就不是笔直射出的，它的形状就很像羊角包了。 （图片说明：日球层喷流） Opher说：“我们看到了这些喷流呈现出不规则的柱状，而多年以来，天体物理学家们一直好奇它们的形状会呈现出这样的不稳定性。” 为了回答这个问题，他们进行了计算机建模，并将中性氢原子作为重点模拟的因素。所谓的中性氢原子，就是不带电的氢原子，它们在太空中广泛分布，但科学家们始终不知道这种物质对于太阳系的日球层有何影响。 在模型中，研究人员取得了惊人的发现：当他们将中性氢原子从模型中剔除时，太阳的喷流一下子就变得稳定了；反过来，当他们再将中性氢原子重新引入时，喷流就变化了。 （图片说明：日球层和中性氢原子之间可能存在着特殊的相互作用） Opher描述说：“当我将它们放回去的时候，这些物质就开始扭曲了，中心轴也开始摇摆，这意味着日球层喷流内有些物质开始变得非常不稳定了。” 那么，日球层到底遭受了怎样的影响呢？ 研究人员推测，或许是这些中性氢原子和日球层顶的一些带电粒子发生了相互作用，引发了一种名为瑞利-泰勒不稳定性的现象。所谓的瑞利-泰勒不稳定性，指的就是一种比较轻的流体遇上比较重的流体时，会在这两种不同密度的流体交界处产生不稳定性的现象。在我们的太阳系日球层尾部，这种现象就会导致大规模的湍流。 研究人员认为，这是解释太阳系呈不规则羊角包形状的合理猜想，对于我们理解银河系内的宇宙射线在日球层遭遇到的阻碍有很大的帮助。如果没有太阳辐射的作用，地球可能会一直处于宇宙辐射的摧残之下，估计也不会孕育生命了。 |
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