SPICE-RACS：一张由近400万个星系绘就的宇宙磁力图谱

从“看不见”到“看得见”：一张颠覆认知的宇宙磁力图

2026年6月4日，天文学界迎来一项里程碑式的成果：由澳大利亚联邦科学与工业研究组织（CSIRO）和平方公里阵列天文台（SKAO）领衔的国际团队，正式发布了迄今为止最大、最精细的宇宙磁场地图——SPICE-RACS（全称：基于RACS巡天的河外源光谱与偏振数据第二次发布）。该地图的覆盖范围和源密度远超以往，被誉为“开启宇宙磁学全新时代”的钥匙 。

简单来说，这张地图就像为宇宙做了一次“核磁共振成像”（MRI），把原本肉眼和普通光学望远镜无法观测的磁场结构，变得清晰可见。

核心突破：5倍于过去20年，近400万星系贡献数据

这张地图的意义有多大？领导该研究的SKAO调试科学家Alec Thomson博士以及科廷大学等机构的研究人员指出，过去20年来，天文学家手中的宇宙磁场数据基本没有太大变化，甚至没有覆盖南天 。而SPICE-RACS的出现，彻底改变了这一局面：

• 规模巨大：覆盖面积是此前所有同类地图总和的5倍，涵盖从南天极一直到赤纬+30°的广阔天区 。
• 数据量惊人：使用了来自近400万个星系的法拉第旋转测量（RM）数据，数据量是此前最先进样本的约40倍 。
• 精度极高：平均RM源面密度达到每平方度约7个源，中值误差仅为2.2弧度/平方米，相当于RM网格的有效“分辨率”约为23角分 。

如何绘制“磁场地图”？ASKAP望远镜与法拉第旋转效应

要理解这张地图，首先要了解其背后的两项核心“利器”：ASKAP射电望远镜和法拉第旋转效应。

利器一：独一无二的“宽视场之眼”——ASKAP

这张地图的数据全部来自CSIRO管理运行的澳大利亚平方公里阵列探路者（ASKAP）射电望远镜。这座望远镜阵列位于西澳大利亚内陆的Inyarrimanha Ilgari Bundara（默奇森射电天文台），地处Wajarri Yamaji原住民的土地上 。

ASKAP的强大之处在于其独特的设计：

• 超宽视场和独特的碟形天线旋转系统，使其能快速、大深度地扫描广阔天区。
• 其宽频带（800–1087 MHz）和高频率分辨率，能够精确测量微弱的偏振信号扭转 。

利器二：宇宙“探针”——法拉第旋转效应

当来自遥远星系的线性偏振射电辐射，在传播途中穿过磁化等离子体（如星系际介质或银河系本身的气体）时，其偏振面会发生旋转。旋转的角度与路径上的磁场强度和热电子密度的乘积积分成正比。这个物理量被称为法拉第旋转量（Rotation Measure, RM） 。

简单比喻：就好比一束“拧好”的光线，在穿过有磁性的介质时，其“偏振角度”被扭动了一下。通过测量这束光被扭动了多少，科学家就能反推出途中有多少磁场“捣了鬼”。

研究团队正是利用ASKAP获取的RACS-low3巡天数据（中心频率887.5 MHz），精确测量了数百万个背景星系辐射到达地球时的RM，由此构建出这一庞大的磁场网格 。

看见了什么？那些被“点亮”的宇宙隐形结构

SPICE-RACS地图并非一张简单的静态图像，它揭示了一系列前所未见的宇宙磁化结构 ：

1. 贯穿银极的“磁性纤维”：地图在南北银极方向清晰地分辨出线性的纤维状RM结构，许多甚至完全横跨银极区域。这些结构与中性氢和星际尘埃的分布痕迹非常相似。
2. 银河系中心的“拉链状”模式：在银河系中心区域的银盘平面上（银经约60°–270°），科学家发现了一种准周期性的RM模式，呈现出以银盘为中心的反对称特征。这暗示了银河系磁场可能存在视线方向上的反转，可能是银河系棒或中心结构的磁场特征。
3. 超新星遗迹的巨大磁环：与G353-34超新星遗迹相关联的一个巨大正RM环状结构，被清晰分辨出来。这个结构几十年前曾在弥漫偏振图像中被模糊探测到，如今首次被确认。
4. 揭示星系相互作用：地图提供了银河系与大小麦哲伦云之间相互作用的详细磁场背景，有助于理解星系如何通过磁场交换能量和物质。
5. 窥探早期宇宙的磁化气体：在一项配套研究中，科学家利用SPICE-RACS数据与暗能量光谱仪（DESI）的类星体数据，汇编了迄今最大的类星体视线RM样本，探测到在红移z~1处，星系周围弥散气体（即环星系介质）明显存在磁化现象。这对于理解星系如何获取和排出气体、调控恒星形成至关重要 。

承前启后：从SPICE-RACS到POSSUM计划与SKA

SPICE-RACS并非终点，而是一个更宏大计划的开端。它是**“宇宙磁场偏振巡天”（POSSUM）** 国际合作项目的产品之一。POSSUM项目正是利用ASKAP的独特能力，致力于系统研究宇宙磁学 。

• 近期（ASKAP）：未来几年，POSSUM团队将继续利用ASKAP进行更深度的观测，制作更精细、频率覆盖更完整的磁场地图 。
• 远期（SKA）：预计本年代末投入早期运行的**平方公里阵列（SKA）**望远镜，将以前所未有的灵敏度，在1–10 GHz频段描绘星系盘、中心区域及星系团遗迹中的磁场细节。宇宙磁学本身就是SKA的五大核心科学目标之一，而ASKAP正是SKA的关键探路者 。

SKAO首席科学家Naomi McClure-Griffiths教授曾感叹，一些关键问题曾被认为“永远无法回答”，例如**“宇宙中最早的磁场是何时出现的？”以及“宇宙网中的磁场如何影响星系的形成？”** 。如今，SPICE-RACS让这些问题变得可以触及。

公众如何参与？

这项里程碑式的研究成果已发表在《澳大利亚天文学会出版物》（PASA）上，并且所有数据都已通过CSIRO的数据访问门户（CASDA） 向全球科学界免费开放 。任何人都可以获取这些数据，进行验证或探索新发现。这不仅是科学家的胜利，也是全人类共享宇宙图景的一次技术飞跃。