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银河系的磁场
2022-09-20

我国古代劳动人民发明的指南针早就证明了地球的磁场,而银河系广阔空间的大尺度磁场的探测,则始于20世纪30年代,40年代证实了大尺度磁场的存在,60年代以后能进行可靠的测量.

磁场是物质存在的一种形式,但看不见、摸不着.不过,就像往上跳能感觉到无形的重力场把我们往下拉一样,也有办法让我们感到(即证实)磁场的存在,比如用指南针.对于广阔的银河,指南针就派不上用场了,不过,来自银河系的宇宙线——主要成分是带电粒子和α粒子的各向同性,对银河系背景辐射的非热辐射性质的合理解释,许多弥漫星云具有纤维状结构而且外形呈平行于银道面的扁氏形、许多恒星光因为长条形星际尘埃的影响导致随距离而增大的微小偏振等等,都非常有力地证明了,银河系存在大尺度的磁场,其方向可能平行于银道面.

要比较可靠地测量银河磁场的大小、方向,仅凭以上证据难以做到;不过,采取以下两种方法即可实现.

将辐射源产生的偏振辐射,通过平行于辐射方向磁场的星际介质,出来后偏振面会发生变化,叫法拉第旋转.转动的大小正比于磁场强度,因而在测定了前者的情况下就可能推出后者,即平行于辐射方向的星际物质磁场强度.这种方法叫法拉第旋转法,适用范围显而易见是星际物质.

另一种方法利用的是塞曼效应——原子能级在强磁场中的分裂导致谱线发生分裂的现象,这也是测定恒星磁场的最基本方法.如果星际空间有磁场,那么就能测出其中大量中性氢的21厘米谱线的分裂,由分裂的大小可算出平行于视线方向的中性氢磁场.

用这两种方法得到的比较可靠的测量结果是:银河系的磁场平均强度约为1~3×10-6高斯,比由宇宙线、银河背景射电、星光偏振估计出的1~3×10-5高斯的结果为低,而磁场的方向在旋臂区域可能沿着旋臂方向,其他区域则是紊乱的.

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