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银河系也有复杂的磁场,比地球磁场弱数千倍,却有极高的影响力

2024-08-12科学

宇宙是一个神秘而广阔的领域,吸引着无数科学家投入毕生精力去探索和研究,其中 地球磁场 是人类最早认识到的天然磁场现象。

它像一面坚实的盾牌,有效地阻挡了来自太阳风暴的辐射粒子,保障了大气层的稳定,为地球上的生命提供了有利的居住环境。

毫无疑问,行星磁场对于维持生存环境的恒定和生命演化进程至关重要,不过并不是所有星体都有磁场的,和地球相邻的火星就没有磁场保护。

那么,银河系作为无数天体的「温床」,有没有属于自身的独特磁场呢,如果银河系存在磁场,又造成了那些影响?

太阳系内其他行星,如木星和土星,都拥有自己独特的磁场。木星磁场之强甚至是地球的50-100倍,而土星的磁场虽较地球略弱,却也达到了17-34倍。

相比之下,火星由于缺失磁场,其大气层受到太阳风的持续侵蚀,环境条件日趋恶劣,极大地阻碍了生命的存在和演化。

对于银河系磁场的研究,是从其中心的反常现象开始的,在银河系的中心地带,矗立着一个庞大的黑洞,质量相当于430万个太阳,其强大的引力捕捉着周围的物质。

连光都逃不出黑洞的捕捉,但银河系中心这个黑洞却表现得出奇的「安静」,没有产生那些被吸噬物质所引发的剧烈活动。

与此同时,尽管银河系中心蕴藏着大量的星际物质,但实际观测到的恒星数量却远低于理论预期。

这两个谜团长期困扰着天文学家,无法用传统的引力理论加以解释,从而证明了银河系存在磁场的作用。

经过科学家们长时间的研究,银河系磁场的神秘面貌终于被揭开,NASA、德国航天中心联合组建了天文台,测画出了银河系中心区域的磁场图谱。

这幅图像揭示了银河系中心冰冷的尘埃云和炽热的等离子体之间的微妙关系,以及磁场在其中扮演的关键角色。

原来在银河系中心区域存在着一股强大的磁场,它像一双看不见的手,控制着周围物质的运动轨迹。

被这股磁力掌控的尘埃和气体,无法凝聚成恒星,也不会被黑洞吞噬,从而解释了之前观测到的两大谜团。

而要深入了解银河系磁场的奥秘,科学家们依赖于一种特殊的天体,即脉冲星。

澳大利亚科廷大学和CSIRO的天文学家对银河系磁场展开过深入研究,根据研究结果总结了迄今最大规模的磁场强度和脉冲星目标数据,为精确测绘银河系磁场三维结构奠定了坚实基础。

脉冲星是高速自转的中子星,其转轴与磁极轴存在夹角,会沿着磁极方向发射出强烈的电磁辐射。

由于银河系中遍布着大量脉冲星,当它们发射出的无线电波穿过星际介质时,会受到空间中存在的磁场和电离气体的影响,从而产生"色散"和"法拉第旋转"等现象。

利用这些现象,天文学家可以测量出脉冲星周围环境的磁场强度和电子密度。

通过两种独特测量手段的巧妙结合,首次可以清晰绘制出银河系磁场的分布图像。一是使用DM(色散测量),根据高低频电波到达的时间差,推测电离层电子密度,进而推断出距离脉冲星的距离。

另一种是RM(法拉日旋转测量),利用偏振光在磁场作用下的旋转规律,估算出行视线方向上的磁场强度。

结果发现银河系磁场要比地球磁场弱,不过虽然其磁场强度比地球磁场弱数千倍,但在宇宙尺度上,其影响力是无与伦比的。

它通过调控着宇宙射线的运动轨迹,影响着天体物理过程的演化,还在恒星形成进程中亦起关键作用,过强或过弱的磁场均可能阻碍分子云坍缩形成恒星系统。

为了构建一幅全景式的3D银河系磁场图,天文学家收集了137颗脉冲星的测量数据,包括色散测量值和法拉第旋转测量值。

通过对这些数据进行复杂的运算和建模,他们成功重建了银河系磁场的三维结构。在这幅磁场图中,中间的水平面代表银河系的平面,深浅不同的红色区域表示指向地球方向的磁场强度增强趋势,而深浅不一的蓝色区域则对应远离地球方向的磁场强度分布。

整个图像展现了银河系磁场随着旋臂位置的变化而减弱的特征。

根据这些观测结果,有学者推测,宇宙磁场可能源自大爆炸后的某些物理过程,并在之后通过"发电机效应"不断放大。

然而,在宇宙黑暗时期,由于带电粒子数量骤减,磁场可能会被抹去。这个谜团有待更多观测和分析来解开。只有彻底了解引力和磁场对宇宙的影响,我们才能真正理解宇宙的运转方式。

观测证据还表明,宇宙线的各向同性、银河背景射电辐射的非热性质、弥漫星云的纤维状结构以及星光偏振现象都是银河系磁场的有力证明。

这些观测结果为研究银河系磁场提供了宝贵的信息,揭示了磁场与物质之间复杂的相互作用。

不过磁场对人类是相对安全的。即便是磁共振成像仪产生的3特斯拉强磁场,也不会给人体带来明显不适。

磁共振成像的原理是利用强磁场使某些原子核如氢原子产生自旋极化,扫描仪接收这些极化原子释放的电磁波从而形成图像。一旦离开磁场,人体状态会恢复正常。

研究银河系磁场不仅有助于揭示宇宙射线的运动轨迹,而且与恒星形成过程息息相关。宇宙射线的传播路径由星系磁场决定,而分子云的形成和演化也会受到磁场强度的影响。

因此,对银河系磁场的深入研究有望帮助我们更好地理解宇宙基本组成物质——恒星的诞生过程。