Ibex揭示了太阳能如何改变我们的幽极眼

描绘光光圈的层数的例证。学分：NASA / IBEX / Adler Planetarium

当太阳风突然开始吹最大的时候会发生什么？根据最近的两项研究，我们整个太阳能系统气球的边界向外 - 并且对其边缘反弹的粒子的分析将揭示其新形状。

2014年底，美国宇航局航天器在太阳风中检测到大幅变化。在近十年的第一次，太阳风压 - 其速度和密度的综合测量 - 此后几年仍然增加了大约50％。两年后，星际边界资源管理器或ibex，航天器检测到后遗症的第一个标志。2014年压力增加的太阳能颗粒达到了氦圈的边缘，中和自己，并一直射回地球。他们有一个故事要告诉。

在最近的两个文章中，科学家们使用IBEX数据以及复杂的数字模型来了解这些反弹的原子可以告诉我们我们的氦圈的不断变化的形状和结构，太阳风雕刻出来的巨型泡沫。

“结果表明，2014年太阳风压增幅已经从太阳繁殖到外部氦层，在普林斯顿大学IBEX Mission的主要调查员David McComas说，普林斯顿普林森大学的首席研究员说， 新泽西州。“未来几年内的IBEX数据倾注将让我们绘制幽冥圈的外界的其他部分的扩张和不断发展的结构。”

从太阳到太阳系的边缘 - 和背部

在故事的关键是精力充沛的中性原子 - 在太阳系的边缘产生的高能颗粒。

随着太阳风从太阳速度从太阳速度流出时，它会吹起称为氦圈的泡沫。幽光圈在太阳系中的所有行星和超越它们的大部分空间中吞噬了大部分的空间，将我们的太阳域与星际空间的空间分开。

但是太阳风从太阳的旅程不是一个顺利的骑行。在前往我们的氦圈的边缘的途中，被称为高速公路，太阳风穿过明显的层。其中的第一个被称为终止冲击。

该视频说明了太阳能粒子如何成为IBEX检测到的能量中性原子。学分：美国宇航局的戈达德太空飞行中心

在通过终止冲击之前，太阳能迅速扩张，大部分由外部材料造成的。

“但在终止休克，大约93亿英里远离我们在每个方向上，太阳风突然减慢了。超越这一点，它继续向外移动，但它更热，“普林斯顿其中一篇论文的主要作者埃里克····埃尔内斯坦说。

一旦超出终止冲击，太阳能颗粒进入称为Heliosheath的特殊边缘区域。虽然终止休克基本上是球形的，但是，旋转圈的边缘被认为是在太阳朝向阳光下移动到阳光的阳光下的更多弧形，并且在其后面延伸长度，而不是与彗星不同尾巴。沿着这些边界，太阳能颗粒与来自星际空间的颗粒混合。碰撞是不可避免的：热带电的太阳能颗粒爆炸到较慢的中性原子，从星际空间窃取，偷电子并变得中立。

“从那里开始，他们通过空间来旅行，有些人把它一路走回地球，”Zirnstein说。“这些是Ibex观察到的能量中性原子。”

在2016年底，当Ibex的精力充沛的中性原子成像仪开始接受异常强大的信号时，McComas教授和他的团队旨在调查其原因。他们的调查结果在2018年3月20日发表的一篇文章中，在Astrophysical Journy Books发表的文章中。

精力充沛的中性原子从星际上行方向南部的大约30度来看，众所周知，Heliosheath最接近地球。

为了量化其与2014年太阳风压增加的联系，McComas及其团队转向数值模拟，求出这种压力增加如何影响IBEX观察到的能量中性原子。

“这些类型的模拟涉及物理学的模型，然后将其变成了在超级计算机上解决的方程式，”亨茨维尔大学撰写论文的共鸣jacob heerikhuisen说。

使用计算机模型，该团队模拟了整个氦圈，用太阳风压增加了摇晃它，让它运行数字。模拟完成了仅由数据暗示的故事。

根据模拟，一旦太阳风击中终止冲击，它会产生压力波。压力波继续到氦圈的边缘，并倒退，迫使粒子在（现在的更大的密集）Heliosheath环境中碰撞，它刚刚通过它。这就是伊巴塞观察到的能量中性原子出生的地方。

模拟提供了一个引人注目的案例：IBEX确实观察了2014年太阳风压的结果，两年多以后。

但模拟没有停止。它还透露，2014年太阳能压力增加将随着时间的推移，继续进一步爆发氦圈。太阳风压提高三年 - 当文章出版时 - 终止休克，氦圈内的内泡，应逐7个天文单位扩展，或者距离地球到太阳的距离七倍。外壳，外泡，应通过两个天文单位扩展，次年另外两个。

简而言之，通过卷起太阳风的压力，我们的旋光圈今天大于几年前的大。

在初始穗之后，能量的中性原子应雨后雨，在ibex上形成一个环，随着时间的推移在天空中扩展。学分：Eric Zirnstein.

氦圈的新形状

McComas及其同事研究了2014年太阳能压力增加的第一个迹象。但是在未来几年观看数据可能会告诉我们更多 - 这次关于我们的氦圈的不断变化的形状。

“有许多研究，一些来自相当多的研究，预测了氦圈形状应该是什么样的，”纸上的牵头作者Zirnstein，报道。“但它在建模社区中的辩论仍然非常多。我们希望2014年太阳能压力增加可以帮助。“

使用前一篇文章中使用的相同数据和模拟，Zirnstein和同事率先到了钟表，在2014年太阳风压提高后八年建模了螺旋圈。结果不仅描述了过去，还描述了未来的模型。本文于2018年5月30日在天体物理学杂志上发表。

“我们认为我们应该在不久的将来看到的是一个环，在天空中扩大，标志着能量中性原子通量随着时间的推移，”Zirnstein说。“这种环从外部光圈中的初始接触点扩展到了点向日葵的方向。”

虽然2016年IBEX检测到的初始信号是一个坚实的圈子，但它不会保持这种状态。随着2014年太阳风进一步达到了精神病的点，进一步走开，它们需要更长的时间来反弹，就像一个远离墙壁的回声一样。氦圈的圆形形状导致这种回声以环的形式反射。

但关键发现​​随着它的扩展而来看着戒指。

在他们的模拟中，Zirnstein和同事发现，环形膨胀的精确率依赖于氦层的各层之间的距离：终止冲击，从精能中性的Heliosheath的部分产生。Zirnstein意识到他已经找到了一种衡量幽默尺寸和形状的新方法。

“我们可以通过看着天空中的时间随着时间的推移来估计螺旋圈不同边界的距离，”Zirnstein说。

Zirnstein和同事使用了他们的模拟的幽光圈来运行测试学习。通过测量环的膨胀速率（并将其插入右侧方程），它们可以将它们精确地再现与其模拟的氦层内的关键结构的距离。由于他们知道这些距离在模拟中，他们可以检查他们的工作 - 验证该技术是否有正确的答案，并且在应用于真正的氦圈时应该准确。

环中的畸形 - 与完美圆圈的偏差 - 也可以揭示氦圈的整体形状中的不对称性。“这取决于氦斯坦的思路如何对称或不对称，”Zirnstein添加。“如果氦圈是理想的”彗星形状“，则戒指应随着时间的推移对称地扩展。但实际上，这可能不会发生 - 我们必须等待，看看ibex告诉我们什么。“

Zirnstein对学习幽光圈真正形状的可能性表示兴奋。

“在接下来的几年里，我的希望是我们可以建立彻底形状的3D图片，”Zirnstein说。

这两项研究的结果具有重要的实际意义。麦克马拉斯说：“用活力中立原子观测的阳光下的变化将有助于我们了解空间辐射环境的危险条件的长期变化 - 与太空天气相比，气候变化，”McComas说。“随着太阳风吹越来越困难，我们的太阳能泡沫扩展和合同，直接影响了能够进入幽光圈，潜在地危及宇航员的宇宙射线的数量。”

但结果也强调了我们最接近明星的令人难以置信的力量。在包括太阳风的阳光下的变化，将数十亿英里的空间延伸到迄今为止，只有两名旅行者航天器曾经冒险过。通过像精力充沛的中性原子成像这样的技术，我们不能只是拍照，而是精确地测量幽灵的这些遥远的部分 - 我们在银河系中的家。

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