Bąbel otaczający Układ Słoneczny wygląda paskudnie. Wstyd pokazywać się w kosmosie

Najpierw spójrzcie na to:

A teraz przejdźmy do konkretów.

Wszystkie planety Układu Słonecznego zanurzone są magnetycznej bańce wyciętej w przestrzeni przez wiatr słoneczny, czyli wysokoenergetyczne cząstki emitowane przez Słońce. Poza tą bańką dominuje ośrodek międzygwiezdny – zjonizowany  gaz i pole magnetyczne wypełniające przestrzeń międzygwiezdną w naszej galaktyce. Od wielu lat naukowcy starają się określić kształt bańki, w której się znajdujemy, a która przemieszcza się w przestrzeni wraz ze Słońcem okrążającym centrum Drogi Mlecznej. Powszechnie przyjmuje się, że heliosfera kształtem przypomina kometę – z przodu jest okrągła, a z tyłu ciągnie się za nią długi ogon.

Wyniki badań opublikowanych w periodyku Nature Astronomy ukazują zupełnie inny kształt, bardziej przypominający nieświeżego croissanta.

Kształt heliosfery dość ciężko jest zmierzyć znajdując się w jej wnętrzu. Najbliższa nam krawędź heliosfery znajduje się ponad 15 miliardów kilometrów od Ziemi. Jak dotąd w tak odległe rejony dotarły tylko dwie sondy Voyager, przez co tak naprawdę znamy tylko dwa punkty wskazujące nam kształt heliosfery.

Z okolic Ziemi badamy granicę przestrzeni międzygwiezdnej rejestrując i obserwując cząstki docierające do Ziemi. Wśród nich znajdują się energetyczne cząstki z odległych części naszej galaktyki, tzw. galaktyczne promienie kosmiczne, oraz te, które już były w naszym układzie planetarnym, przemierzyły drogę od Słońca do heliopauzy i zostały od niej odbite w kierunku Ziemi pod wpływem złożonych procesów elektromagnetycznych. To tak zwane energetyczne atomy obojętne, a z uwagi na to, że powstały one w wyniku oddziaływań z ośrodkiem międzygwiezdnym, służą nam one do tworzenia map krawędzi heliosfery. Tak właśnie sonda IBEX (Interstellar Boundary Explorer) bada heliosferę, wykorzystując te cząstki jako swego rodzaju radar, który pozwala nam dostrzec granice między wnętrzem Układu Słonecznego a przestrzenią międzygwiezdną.

Aby zrozumieć te dane, naukowcy wykorzystują modele komputerowe, które pozwalają przekształcić je w szacunki dotyczące kształtu heliosfery. Merav Opher, główny autor nowego artykułu zajmuje się właśnie tym w DRIVE Science Center w Bostonie.

Najnowsza wersja modelu opracowanego przez Ophera wykorzystuje dane z różnych sond kosmicznych, które badają zachowanie materii wypełniającej heliosferę. Przykładowo sonda Cassini miała na swoim pokładzie instrument zaprojektowany do badania cząstek uwięzionych w polu magnetycznym Saturna, który także obserwował cząstki odbijane z powrotem do wnętrza Układu Słonecznego. Wykonane za jego pomocą pomiary przypominają pomiary IBEXa, ale rzucają zupełnie nową perspektywę na granice heliosfery. Sonda New Horizons dostarczyła z kolei pomiarów przechwyconych jonów, cząstek zjonizowanych w przestrzeni międzygwiezdnej i przechwyconych przez linie pola magnetycznego. Ponieważ pochodzą one z innego źródła niż cząstki wiatru słonecznego, przechwycone jony są dużo gorętsze od innych cząstek wiatru słonecznego.

Jeżeli weźmiemy pod uwagę oba składniki wiatru słonecznego i połączymy je z wcześniejszymi pracami Ophera, które zakładają, że to pole magnetyczne Słońca kształtuje heliosferę, otrzymamy kształt croissanta, z dwoma dżetami odchylonymi do tyłu od centralnego zgrubienia.

Ze względu na to, że przechwycone jony dominują termondynamikę, wszystko wydaje się bardzo sferyczne. Ale dzięki temu, że opuszczają one układ planetarny bardzo szybko, tuż za szokiem końcowym, cała heliosfera za nim się wypłaszcza – dodaje Opher.

Badanie kształtu heliosfery nie jest jedynie napędzane naszą ciekawością naukową. Heliosfera stanowi tarczę chroniącą Układ Słoneczny przed resztą galaktyki.

Energetyczne zdarzenia w innych układach planetarnych, eksplozje supernowych, mogą przyspieszać cząstki do prędkości bliskich prędkości światła. Te cząstki emitowane są we wszystkich kierunkach, także w kierunku Układu Słonecznego. To właśnie heliosfera chroni nas przed nimi – pochłania niemal trzy czwarte tych niezwykle energetycznych cząstek, tzw. galaktycznych promieni kosmicznych, które zmierzają w stronę naszego układu planetarnego.

Te które przedostają się do środka heliosfery mogą narobić wiele szkód. Owszem, my jesteśmy chronieni na Ziemi przez pole magnetyczne i atmosferę naszej planety, ale sprzet i astronauci znajdujący się w przestrzeni międzyplanetarnej, są na nie narażeni. Zarówno obwody elektroniczne jak i ludzkie organizmy mogą być uszkadzane przez pojedyncze galaktyczne promienie kosmiczne. Co więcej, ogromna energia takich promieni sprawia, że trudno jest się przed nimi chronić w sposób umożliwiający bezpieczne dalekie podróże międzyplanetarne. Heliosfera jest głównym środkiem ochrony dla wszystkich astronautów wylatujących poza pole magnetyczne Ziemi, dlatego zrozumienie jej kształtu i wpływu na ilość przedostających się do Układu Słonecznego promieni kosmicznych stanowi bardzo ważny czynnik w planowaniu robotycznych i załogowych misji kosmicznych.

Kształt heliosfery jest istotny także dla wszystkich badaczy poszukujących życia na innych planetach. Niszczące promieniowanie galaktyczne może sprawić, że planeta nie będzie przyjazna dla życia. Im więcej dowiemy się o tym jak heliosfera chroni układ słoneczny przed resztą galaktyki, tym lepiej będziemy w stanie oceniać czy inne układy planetarne posiadają podobną ochronę.

Tak czy inaczej, wkrótce będziemy mieli rewelacyjne narzędzie do badania kształtu heliosfery. Sonda IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe), której start planowany jest na 2024 rok, będzie miała za zadanie stworzyć mapę cząstek  docierających do Ziemi z granicy heliosfery. Opierając się na technikach i odkryciach sondy IBEX, IMAP będzie w stanie rzucić nowe światło na naturę heliosfery, przestrzeni międzygwiezdnej oraz sposobów w jakie promienie galaktyczne przedostają się do wnętrza Układu Słonecznego. Jak to jednak często bywa w astronomii, na wyniki badań przyjdzie nam jeszcze trochę poczekać.

Nie przegap nowych tekstów. Obserwuj Spider's Web w Google News.