1986年1月24日,在對太陽系進行大巡遊的八年半後,美國宇航局的"旅行者2號"進入神祕的第七顆行星,冰冷的天王星。
在接下來的幾個小時內,旅行者2號在天王星雲層81433公里的範圍內飛行,蒐集資料。它發現天王星兩個新的環,11個新衛星和低於零下214攝氏度的溫度。這些資料仍然是我們目前唯一對這顆行星的了解。
三十年後,科學家們重新檢查這些資料時發現了天王星的另外一個祕密。他們在《地球物理研究快報》發表文章稱,34年前,旅行者2號飛過了一個一個巨大的磁泡,這個磁泡可能一直在將天王星的大氣層帶向太空。
太陽系的行星大氣均在洩漏到太空中。氫氣從金星噴發而出,木星和土星也噴射出帶電空氣的球狀物,甚至地球的大氣層也在洩漏,不過別擔心,這種現象會再持續十億年左右。
大氣洩露對人類的時間尺度的影響很小,但只要足夠長的時間,大氣逃逸就能從根本上改變一顆行星的命運,一個典型的例子就是火星。
美國宇航局戈達德太空飛行中心的空間物理學家,火星大氣和揮發性演化專案科學家吉娜·迪布拉喬說:"火星曾經是一個大氣層非常厚的溼行星。但它隨著時間的推移進化了,40億年的大氣太空洩漏將火星變成我們今天看到的乾燥星球。"
大氣逃逸是由行星的磁場驅動的,磁場既有助於又阻礙這一過程。科學家認為磁場可以保護一顆行星,抵禦太陽風的大氣剝離。但它們也可以創造逃生的機會,比如當磁場線纏結時,巨大的球體從土星和木星上脫落。
旅行者2號1986年的探測飛行揭示了這顆行星在磁性上是多麼怪異。與太陽系中任何其他行星不同,天王星幾乎完美地旋轉在它的一邊,每17小時完成一次旋轉。它的磁場軸指向離旋轉軸60度遠,因此當行星旋轉時,它的磁層(磁場所分割的空間)像一個扔得不好的足球一樣擺動。科學家們仍然不知道如何建模它。
這個奇怪之處吸引了迪布拉喬和她的合著者丹·格什曼,他們下載了旅行者2號的磁力計讀數,該讀數監測了當航天器飛過時天王星附近磁場的強度和方向。他們發現,這些巨大的等離子體氣泡,或電化氣體,從天王星磁尾的末端脫落,它的部分磁場像風向一樣被太陽吹回,逃逸的質粒會從行星的大氣層中排出離子,從根本上改變其組成。在地球和其他行星上已經觀測到它們,但還沒有人發現天王星的質體。
1986年旅行者2號對天王星的飛行磁力計資料
迪布拉喬和格什曼在"旅行者2號"的45小時飛行中資料中發現了60秒的質粒現象。在磁力計資料中,它看起來是一個快速向上的閃爍。但是,如果用三維圖繪製,它看起來像一個圓柱體。
他們將觀察結果與在木星、土星和水星觀測到的質粒進行比較,估計圓柱形形狀至少長20.4萬公里,寬約40萬公里。科學家們認為,與所有行星質粒一樣,它充滿了帶電粒子,主要是電化氫。
從質粒體內部的讀數可以暗示其起源。一些質狀有扭曲的內部磁場,而迪布拉喬和格什曼觀察到平滑的閉閉磁迴路。這種環狀質狀通常形成為旋轉的行星,將大氣層的碎片拋向太空。他們的估計,像這樣的質狀在天王星的大氣品質損失中可能佔15%到55%,比木星或土星的比例要大。它很可能是天王星將大氣層拋向太空的主要方式。