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銀河系也有復雜的磁場,比地球磁場弱數千倍,卻有極高的影響力

2024-08-12科學

宇宙是一個神秘而廣闊的領域,吸引著無數科學家投入畢生精力去探索和研究,其中 地球磁場 是人類最早認識到的天然磁場現象。

它像一面堅實的盾牌,有效地阻擋了來自太陽風暴的輻射粒子,保障了大氣層的穩定,為地球上的生命提供了有利的居住環境。

毫無疑問,行星磁場對於維持生存環境的恒定和生命演化行程至關重要,不過並不是所有星體都有磁場的,和地球相鄰的火星就沒有磁場保護。

那麽,銀河系作為無數天體的「溫床」,有沒有屬於自身的獨特磁場呢,如果銀河系存在磁場,又造成了那些影響?

太陽系內其他行星,如木星和土星,都擁有自己獨特的磁場。木星磁場之強甚至是地球的50-100倍,而土星的磁場雖較地球略弱,卻也達到了17-34倍。

相比之下,火星由於缺失磁場,其大氣層受到太陽風的持續侵蝕,環境條件日趨惡劣,極大地阻礙了生命的存在和演化。

對於銀河系磁場的研究,是從其中心的反常現象開始的,在銀河系的中心地帶,矗立著一個龐大的黑洞,質素相當於430萬個太陽,其強大的重力捕捉著周圍的物質。

連光都逃不出黑洞的捕捉,但銀河系中心這個黑洞卻表現得出奇的「安靜」,沒有產生那些被吸噬物質所引發的劇烈活動。

與此同時,盡管銀河系中心蘊藏著大量的星際物質,但實際觀測到的恒星數量卻遠低於理論預期。

這兩個謎團長期困擾著天文學家,無法用傳統的重力理論加以解釋,從而證明了銀河系存在磁場的作用。

經過科學家們長時間的研究,銀河系磁場的神秘面貌終於被揭開,NASA、德國航天中心聯合組建了天文台,測畫出了銀河系中心區域的磁場圖譜。

這幅影像揭示了銀河系中心冰冷的塵埃雲和熾熱的等離子體之間的微妙關系,以及磁場在其中扮演的關鍵角色。

原來在銀河系中心區域存在著一股強大的磁場,它像一雙看不見的手,控制著周圍物質的運動軌跡。

被這股磁力掌控的塵埃和氣體,無法凝聚成恒星,也不會被黑洞吞噬,從而解釋了之前觀測到的兩大謎團。

而要深入了解銀河系磁場的奧秘,科學家們依賴於一種特殊的天體,即脈沖星。

澳洲科廷大學和CSIRO的天文學家對銀河系磁場展開過深入研究,根據研究結果總結了迄今最大規模的磁場強度和脈沖星目標數據,為精確測繪銀河系磁場三維結構奠定了堅實基礎。

脈沖星是高速自轉的中子星,其轉軸與磁極軸存在夾角,會沿著磁極方向發射出強烈的電磁輻射。

由於銀河系中遍布著大量脈沖星,當它們發射出的無線電波穿過星際介質時,會受到空間中存在的磁場和電離氣體的影響,從而產生"色散"和"法拉第旋轉"等現象。

利用這些現象,天文學家可以測量出脈沖星周圍環境的磁場強度和電子密度。

透過兩種獨特測量手段的巧妙結合,首次可以清晰繪制出銀河系磁場的分布影像。一是使用DM(色散測量),根據高低頻電波到達的時間差,推測電離層電子密度,進而推斷出距離脈沖星的距離。

另一種是RM(法拉日旋轉測量),利用偏振光在磁場作用下的旋轉規律,估算出行視線方向上的磁場強度。

結果發現銀河系磁場要比地球磁場弱,不過雖然其磁場強度比地球磁場弱數千倍,但在宇宙尺度上,其影響力是無與倫比的。

它透過調控著宇宙射線的運動軌跡,影響著天體物理過程的演化,還在恒星形成行程中亦起關鍵作用,過強或過弱的磁每場平均可能阻礙分子雲塌縮形成恒星系統。

為了構建一幅全景式的3D銀河系磁場圖,天文學家收集了137顆脈沖星的測量數據,包括色散測量值和法拉第旋轉測量值。

透過對這些數據進行復雜的運算和建模,他們成功重建了銀河系磁場的三維結構。在這幅磁場圖中,中間的水平面代表銀河系的平面,深淺不同的紅色區域表示指向地球方向的磁場強度增強趨勢,而深淺不一的藍色區域則對應遠離地球方向的磁場強度分布。

整個影像展現了銀河系磁場隨著旋臂位置的變化而減弱的特征。

根據這些觀測結果,有學者推測,宇宙磁場可能源自大爆炸後的某些物理過程,並在之後透過"發電機效應"不斷放大。

然而,在宇宙黑暗時期,由於帶電粒子數量驟減,磁場可能會被抹去。這個謎團有待更多觀測和分析來解開。只有徹底了解重力和磁場對宇宙的影響,我們才能真正理解宇宙的運轉方式。

觀測證據還表明,宇宙線的各向同性、銀河背景射電輻射的非熱性質、彌漫星雲的纖維狀結構以及星光偏振現象都是銀河系磁場的有力證明。

這些觀測結果為研究銀河系磁場提供了寶貴的資訊,揭示了磁場與物質之間復雜的相互作用。

不過磁場對人類是相對安全的。即便是磁共振成像儀產生的3特斯拉強磁場,也不會給人體帶來明顯不適。

磁共振成像的原理是利用強磁場使某些原子核如氫原子產生自旋極化,掃描器接收這些極化原子釋放的電磁波從而形成影像。一旦離開磁場,人體狀態會恢復正常。

研究銀河系磁場不僅有助於揭示宇宙射線的運動軌跡,而且與恒星形成過程息息相關。宇宙射線的傳播路徑由星系磁場決定,而分子雲的形成和演化也會受到磁場強度的影響。

因此,對銀河系磁場的深入研究有望幫助我們更好地理解宇宙基本組成物質——恒星的誕生過程。