在銀河系的洶湧中，巨大的瓦斯凝聚成雲層，恒星誕生。在這個過程中，有一只隱藏的手在起作用：磁力。
「有這樣一句話：你可以用磁場的強度來衡量一個人的無知，」史丹佛大學的天體物理學家 蘇珊·克拉克（Susan Clark ）說。換句話說，當我們在天體物理學中遇到一個我們並不完全理解的問題時，就把責任歸咎於磁場。只要揮揮手，說，'啊！磁場！
長期以來，科學家們一直無法弄清楚這種基本力如何幫助塑造我們的銀河系，這主要是因為測量銀河系磁場是一個相當大的挑戰。由於無法直接探測到它，天文學家透過研究被磁場對齊的塵埃和穿過這些塵埃的光來梳理線索。
雖然還有很多未知數，但新的工具和方法使我們更接近於感知磁力對恒星和星系演化的影響，克拉克是帶頭這項工作的科學家之一。作為史丹佛大學宇宙磁學和星際物理學小組的負責人，她結合了新穎的觀測技術、模擬和理論來解開銀河磁學的謎題。今年，她被授予史隆研究獎學金，以表彰「有潛力徹底改變其研究領域的傑出早期職業教師」。
克拉克說：「我們試圖不讓它成為我們無知的衡量標準，而是真正了解磁場如何影響事物的詳細物理學。
Quanta 最近在加利福尼亞州聖塔芭芭拉的一次會議上采訪了克拉克，以了解更多關於她在探索銀河系中看不見的力量方面的進展。為清晰起見，采訪經過精簡和編輯。
關於銀河系的磁場，你想弄清楚什麽？
我們不知道的太多了。我們真的想知道磁場在塑造恒星之間彌散瓦斯（稱為星際介質或ISM）的所有不同物理過程中所扮演的角色。我們知道，磁場在瓦斯的演化中發揮著某種尚不清楚的作用，形成非常密集、寒冷的物質團塊，稱為分子雲，這些物質是恒星的發源地。然後它在分子雲如何碎裂並形成恒星的過程中發揮作用。我們真的完全不了解細節。但是你會看到這些長長的卷須或瓦斯細絲 在ISM的低密度區域，與磁場非常對齊。我們想了解這對ISM相之間的瓦斯轉變以及ISM中的亂流意味著什麽。
那麽星際介質中的瓦斯會經歷相位嗎？
銀河系中的瓦斯跨越了一系列令人費解的物理狀態。你有這些非常密集、寒冷的分子雲。然後你有，在另一個極端，非常熱的電漿。你知道，恒星形成和星系演化的故事通常涉及瓦斯在這些不同的物理狀態之間流動，我們想了解瓦斯如何轉化為恒星並噴回星際介質的整個生命周期，為後代的恒星形成播種。
近年來我們發現的一件事是，當你移動到星際介質中更密集的結構時，絲狀分子雲實際上更喜歡相對於局部磁場正交定向。對於磁場的結構可能對於在哪裏以及如何雕刻這些分子材料的長絲狀結很重要，這些分子材料最終是碎片和形成恒星的東西，這是非常誘人的。關於這一點有很多懸而未決的問題，我們最終想要做的是把瓦斯和磁場如何交互作用來調節恒星形成過程的整個演化圖放在一起。
鑒於磁場本身是看不見的，你如何繪制它的結構？
ISM中有很多塵埃，是微米大小或更小的物質塊，這些小塵埃顆粒有一些無定形的形狀;它們不是完美的球體。它們與它們所處的局部磁場的首選方向對齊。一個結果是，如果你觀察從背景恒星發出的光學或近紅外光，光線會過濾所有這些磁性排列的塵埃顆粒，它們會吸收平行於其長軸的偏振光。因此，您可以測量剩余星光的偏振，而您看到的是望遠鏡和恒星之間的塵埃中磁場的銘印——這不是很酷嗎？
然後這些塵埃顆粒也放射線光，這種放射線有一個偏振角，由局部磁場的方向決定。所以這些只是我們使用的兩個工具。
我們對銀河系的磁場是如何產生的了解多少？
這是另一個懸而未決的大問題。我們想了解宇宙中磁力的最終起源。但真正相關的棘手問題是：我們如何擁有這些大規模的、相幹的、有組織的磁場？可能是在形成星系的過程中，瓦斯的運動如何能夠放大和分布磁場，從而形成我們今天觀察到的結構？對於試圖回答這個問題非常有幫助的一件事是觀察其他星系的磁場結構。
你看到不同型別的星系有不同的磁場結構嗎？
是的，我們仍在努力準確了解這裏的整個情況。我們 最近發表的 一個非常酷的觀測結果是來自天線星系的遠紅外光的偏振。這是一對合並的星系，我們觀察到，在它們之間的這個交互作用區域中，有一個非常連貫的磁場結構，從塵埃極化推斷出來，由於各種原因，這很吸引人。我們真的處於理解這些事情的開始。
研究銀河系磁場能告訴我們它是如何起源的嗎？
我們確實想知道是什麽導致了在星系形成過程中被放大的「種子」磁場。這個領域可能是原始的，這意味著它起源於宇宙誕生期間。但在我看來，我們對星系中現代磁場的測量本身並不能告訴我們最初的種子場來自哪裏。它告訴你有一些薄弱的種子領域，但僅此而已。
你為什麽對銀河系磁場感興趣？這似乎是一個非常具體的問題。
我喜歡有大問題、令人興奮、開放性問題的問題。我還喜歡我的領域，因為我們可以解決這些問題，而不僅僅是我們不知道答案，有時我們不知道提出問題的最佳方式。我們經常問：我們如何處理這個問題？這些天體物理示蹤劑中的資訊在哪裏，甚至可以讓我們提出我們想問的問題？所以我們要有點創意。
你是什麽時候開始了解它的？
我不認為這是出於某種根深蒂固的、終生學習磁學的需要，但它在研究生院抓住了我，因為它是天體物理學的一個領域，它沒有得到很好的理解，並且因其復雜性而被避免。
對於一般的天體物理學，我在大四前的夏天在波多黎各的阿雷西博為本科生做了國家科學基金會的研究經驗，這太不可思議了。就在那時，我意識到我想在ISM上工作，那時我真的很欣賞ISM是什麽。這是我第一次全職研究的經歷，而且是在這個令人難以置信的設施中——既因為望遠鏡令人難以置信，也因為你住在這些小木屋裏。朱迪·福斯特（Jodie Foster）在電影 【接觸】（Contact ）中所在的小屋，就是我的雙層床。
你有沒有更早的時刻意識到自己想成為一名科學家？
老實說，我並不總是想成為一名科學家。在進入大學的時候，我想，也許我會主修生物學和英語。我特別喜歡生物學，我一直很喜歡寫作，所以我想也許我會成為一名作家。
我一直對一切都很感興趣。天文學家經常說：「哦，從我還是個小孩子的時候起，我就非常喜歡太空，我知道這正是我長大後想做的事情。我小時候非常喜歡太空，但我也喜歡巖石、恐龍和蜥蜴。尤其是蠑螈。如果說有什麽不同的話，那就是和我的姐妹們在維吉尼亞州的後院裏在巖石下尋找蠑螈。這只是對大自然的好奇心和對學習的熱愛，這就是你作為一名科學家要做的。
