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。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)磁場的磁尾處存在磁場重聯(lián)現(xiàn)象。

可以由內(nèi)部機(jī)制產(chǎn)生磁場的行星，如地球、水星、木星和土星，它們的外圍會(huì)存在一個(gè)看不見的磁層。這一磁層意義重大，它會(huì)阻擋太陽發(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——一層圍繞行星周圍的巨大“氣泡”，在背離太陽的方向形成一道長長的延伸帶，稱為“磁尾”（magnetotail）。

然而由于金星缺乏產(chǎn)生磁場的內(nèi)部機(jī)制，因此它無法阻擋射來的太陽帶電粒子，太陽風(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)磁場的保護(hù)。

和在地球上發(fā)生的情況一樣，太陽紫外輻射會(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)和太陽風(fēng)和太陽風(fēng)攜帶的太陽磁場發(fā)生相互作用。在和太陽風(fēng)的長期相互作用過程中，這一高層大氣的區(qū)域可以減緩并偏折入射的太陽風(fēng)粒子，從而同樣形成一層磁層，在背離太陽處，其形狀就像是彗星的尾巴。

數(shù)十年來探測器的空間考察已經(jīng)確認(rèn)在地球、水星、木星和土星磁層中頻繁發(fā)生著磁場重聯(lián)現(xiàn)象。在這一過程磁能轉(zhuǎn)變?yōu)閯?dòng)能，磁場重聯(lián)本身是指方向相反的磁力線因互相靠近而發(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的大行星周圍會(huì)存在這種重聯(lián)現(xiàn)象。然而，來自中國科技大學(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)磁場的磁尾處確實(shí)存在磁場重聯(lián)現(xiàn)象的證據(jù)。

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

2006年5月15日，金星快車號探測器穿過金星磁尾，在這里它探測到一個(gè)持續(xù)時(shí)間約為3分鐘的轉(zhuǎn)動(dòng)磁場結(jié)構(gòu)?；谄涑掷m(xù)時(shí)間和探測器運(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)。

對于金星快車數(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。

地球的情況是，磁場重聯(lián)現(xiàn)象一般發(fā)生在背陽處10-30倍地球半徑處的磁尾和等離子體片位置上。由于地球的磁場要強(qiáng)大得多，可以推斷金星的磁場重聯(lián)如果存在，則應(yīng)當(dāng)發(fā)生在其背陽處1～3倍半徑位置。而這正是金星快車號探測器數(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，如地球、木星等，但是對于一顆不擁有磁場的行星，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研究科學(xué)家。

他說：“磁場重聯(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)，將一部分太陽風(fēng)的能量傳遞至金星背陽面的大氣層中。因此這種磁場重聯(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）是歐空局金星快車項(xiàng)目科學(xué)家，他說：“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，我們對于磁場重聯(lián)機(jī)制卻仍舊缺乏了解，這是因?yàn)槲覀儗τ诔说厍蛑獾钠渌行堑拇艌鎏匦匀狈?shí)地考察數(shù)據(jù)?！?/p>

他說：“這一結(jié)果證明，對于類地行星的空間探測項(xiàng)目，如歐空局實(shí)施的金星快車、火星快車以及‘星簇’探測項(xiàng)目對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。”