天王星喷出比地球大 22,000 倍的气泡

研究人员不断绘制的太阳系地图上还有一大片空白。在过去的二十年里，一支真正的探测器舰队测量了火星上的地震，仔细研究了土星环上的凹槽，观察了木星上的喷射流，听到了冥王星的心跳。但就近距离探索而言，我们对天王星的印象并没有比 1986 年旅行者 2 号的老式仪器捕捉到的毫无特色的蓝色沙滩球有实质性的进步。

但去年，在仔细查阅 NASA 档案时，两位行星科学家注意到了早期分析忽略的一件事——当航天器穿过某种磁泡时，天王星磁场出现了一个光点。这一新结果于去年夏天发表在《地球物理研究快报》上，此时行星科学家开始将注意力转向该领域一些最深的悬而未决的谜团。

“卡西尼号（土星）任务已经结束，人们开始说，‘好吧，我们还能做什么？’”行星天文学家、天文研究大学协会科学副主席海蒂·哈默尔 (Heidi Hammel) 说道。“人们将目光重新转向这些其他行星，并抛弃了旧数据。”

美国宇航局戈达德太空飞行中心的吉娜·迪布拉西奥和丹尼尔·格什曼就是这样的两位研究人员。随着科学界对外层行星的兴趣日益浓厚，他们花了数小时以一种新的方式手动处理这些三十年前的数据。迪布拉西奥说，旅行者号的科学家们计算了整个磁场的强度，因此磁强计读数的短暂变化根本就被认为是一种干扰。但在放大那些锯齿状的跳跃和下降时，迪布拉西奥和格什曼发现了旅行者二号 45 小时飞掠过程中一个特殊的 60 秒长片段，其中磁场以一种一目了然的方式起伏不定。据美国宇航局的新闻稿称，格什曼问迪布拉西奥：“你认为那可能是……等离子体吗？”

等离子体团是太阳风围绕行星旋转时吹向太空的带电大气团块。失去这样的团块会在很长一段时间内极大地改变一个世界，研究它们可以深入了解行星的生存和死亡方式。研究人员已经发现它们从各种行星上分离出来，但旅行者 2 号穿越的磁场喷发对天王星来说还是第一次。“我们预计天王星可能会有等离子体团；但是，我们不知道它们到底是什么样子，”迪布拉西奥说。

现在他们已经抓获了一个，她说，它看起来与从土星或木星泄漏的等离子体非常相似，但窃取的质量相对较大。（这个等离子体团形成了一个比地球大约 22,000 倍的圆柱体）。

更多此类发现可能仍留在档案中，等待新的分析。“旅行者 2 号的大部分数据都可以在美国宇航局的行星数据系统上找到，”迪布拉西奥说，“而且可能还有很多东西有待研究。”

天王星尤其需要进一步研究。2014 年，亚利桑那大学天文学家埃里希·卡柯施卡 (Erich Karkoschka) 用现代处理技术重新审视了旅行者 2 号的图像。通过混合 1600 幅图像并增强对比度，卡柯施卡的工作揭示出，一个涂有糖果条纹云的口香糖世界一直隐藏在这个平淡的蓝色球体中。

除了其未被重视的复杂性之外，天王星还是一颗与众不同的行星。其他行星都在旋转，而天王星则侧身旋转，两极通常指向太阳或背对太阳。它的磁场也很疯狂，偏离行星中心，向一侧倾斜 60 度。行星天文学家无法从地球上观测到这种磁场，不过哈勃太空望远镜偶尔可以通过天王星的极光间接观测到这种磁场——极光可以在远离两极的地方发光。

旅行者号团队最初认为磁场异常与天王星的腹部垂下位置有关，但三年后当该航天器飞过海王星（直立）时，它发现该行星与其磁场之间同样明显不匹配。现在研究人员认为，这些星球的内部运作一定存在某种原因，导致它们的磁场不同。“我们真希望能够完善这一理论，”哈默尔说。

随着人们对向天王星或海王星发射专用探测器的兴趣日益浓厚，下一代行星科学家或许可以做到这一点。2018 年和上周初，科学家公布了可能的任务草图。迪布拉西奥表示，更多此类提案正在酝酿中。总体目标是发射一颗卡西尼式轨道飞行器，围绕其中一颗行星运行数年，勘测其磁场并研究其热流。该航天器还将携带至少一个较小的探测器发射到大气层。在那里，它可以测量行星形成时留下的原本看不见的气体。

如果轨道器瞄准海王星，它就可以与神秘的卫星海卫一（不要将其与土星的泰坦混淆）约会。海卫一可能是从冥王星和其他冰冻天体统治的难以接近的领域中分离出来的前矮行星海王星，它可能拥有地下海洋。

了解太阳系外围从未如此紧迫。NASA 倾向于以十年为单位规划行星研究重点，他们目前正在挑选 2020 年代末和 2030 年代初的目标。与此同时，在上一次所谓的“十年调查”和当前调查之间，系外行星科学研究蓬勃发展，海王星和天王星已不再只是当地的奇观。

研究人员现在知道，类似的“亚海王星”世界是银河系中最常见的行星类型。其中许多世界很可能是类似于我们的蓝色双星的“冰巨星”。与主要由氢和氦组成的气态巨星不同，这些行星主要由水和氨等较重的分子组成。如果研究人员想要了解是什么让这些世界在外星系统中如此常见——以及为什么我们的太阳系如此奇怪——他们就必须弄清楚天王星和海王星的一切。

但我们的宇宙后院广阔无垠，走出去需要时间和周密的计划。太阳光线太暗，无法安装太阳能电池板，因此核能是长达数年的任务的唯一选择。数十亿英里实在太遥远了。“即使使用我们目前最好的火箭和重力辅助，也需要十年才能到达那里，”哈默尔说。在技术开发和任务设计之间，她希望看到探测器发射，即使她无法处理探测器有朝一日将发回地球的数据。“我们大多数人倾向于以数十年的时间尺度来思考，”她说。

在迪布拉西奥和格什曼偶然发现天王星等离子体的证据之前，它已经被埋藏在旅行者 2 号的数据中长达三十年。下一次冰巨星相遇可能要二十年之后才会发生，而任何有朝一日可能从其遗留数据中获得更多见解的研究人员可能都还没有出生。想象未来可能会有什么样的发现，让像哈默尔这样的天文学家拥有了独特的长远视角。“我梦想着探索天王星和海王星，我梦想着梦幻般的太空望远镜，”哈默尔说，“这就是我们度过艰难时期的方式。我们梦想着未来。”