Метод, основанный на сборе сверхбыстрых атомов, позволяет ученым проследить форму защитного пузыря нашей системы.
Влияние Солнца распространяется далеко за пределы нашей родительской звезды, на всю большую область межзвездной среды , известную как гелиосфера . Мы обычно представляем себе его как пузырь «личного пространства» Солнца, наполненный частицами солнечного ветра, смещающими межзвездную среду и защищающими всю солнечную систему (включая нас) от вредных космических лучей.
Астрономы знают о размере гелиосферы благодаря надежным, но ограниченным данным, таким как информация, собранная «Вояджером», когда он пересекает границу гелиосферы и гелиопаузы . Тем не менее, новое исследование Даниэля Райзенфельда (Лос-Аламосская национальная лаборатория) и его коллег, опубликованное в июньском выпуске Astrophysical Journal Supplement Series , уже использует данные всего неба для картирования гелиосферы в трех измерениях. Последние открытия подтверждают то, о чем давно подозревали солнцеведы: гелиосфера вовсе не сфера, а явно сжата с одной стороны, с вытянутым «хвостом» — с другой.
Команда использовала спутник Interstellar Boundary Explorer ( IBEX ) и записала расстояние до гелиопаузы, метод, который ученые называют зондированием из-за его сходства с методами сонара. Обнаружены энергетические нейтральные атомы ( ЭНА ), которые образуются во внешнем слое гелиосферы, когда быстро движущиеся частицы солнечного ветра «крадут» электроны у атомов из менее турбулентной межзвездной среды, а затем сами становятся нейтральными атомами. Эта кража электронов сталкивает нейтральные атомы с их пути, и в некоторых случаях на очень высоких скоростях они возвращаются обратно на спутник IBEX.
Астрономы обнаружили, что изменения количества ENA, захваченных IBEX, связаны с ранее наблюдаемыми возмущениями давления солнечного ветра. Таким образом, если вы можете связать уникальное возмущение этого ветра с изменением количества обнаруженных EAW, вы также можете использовать время, прошедшее между этими двумя событиями, и рассчитать, сколько времени потребовалось частицам солнечного ветра, чтобы двигаться к гелиопаузе, столкнуться с межзвездную среду и, наконец, вернуться - уже в виде нейтральных атомов типа ЭНА. Имея в запасе это время и оценку того, насколько быстро должны двигаться соответствующие частицы, ученые могут определить расстояние до гелиопаузы.
Однако это время «возврата» также зависит от толщины самого внешнего слоя гелиосферы, и ученые должны предположить, что ENA формируются где-то посередине. Если смотреть на него вдали от Солнца, то начало этого слоя определяется конечным ударом, при котором солнечный ветер сталкивается с межзвездной средой, а затем замедляется до скорости меньше скорости звука. Поэтому, чтобы преобразовать такие наблюдения из IBEX в трехмерную карту гелиосферы, команде пришлось использовать несколько симуляций после удара , чтобы лучше определить эти времена отслеживания частиц. Команда Райзенфельда использовала эти предположения вместе с данными полного 11-летнего солнечного цикла и рассчитала расстояние до гелиопаузы во всех направлениях вокруг Солнца.
Результаты показывают, что форма гелиосферы не сильно зависит от формы предполагаемого конечного толчка. Наибольшая разница между результатами модели и прямыми измерениями, сделанными обоими зондами «Вояджер», составляет всего 13 а. ветер. Остальная часть гелиосферы, в свою очередь, сильно расширяется в противоположном направлении по мере того, как Солнце пересекает пространство.
До сих пор здесь не было никаких серьезных сюрпризов. Но это потому, что нынешние споры среди астрономов ведутся не о «лбу» гелиосферы, а о ее «хвосте», а это означает, что мнения относительно того, как далеко она простирается в космос, разделились. Они могут составлять сотни или тысячи AU. К сожалению, команда Райзенфельда не может вычислить правильное число из своих данных. Единственное, что могут сказать ученые, это то, что хвост составляет не менее 350 а.е., так как это предел их определения дистанции.
Проблема в том, что при энергиях IBEX частицы, которые создают воспроизводимые позже изображения, присутствуют только на расстоянии примерно до 200 а . который недавно показал , что гелиосферная плазма формируется солнечным магнитным полем, из-за чего гелиосфера может выглядеть как деформированный круассан. Офер считает, что, хотя новые карты являются отличным подтверждением существующих моделей гелиосферы, особенно в области лба, сегодня они не привносят много новой информации в дебаты о хвосте.
Спутник IBEX должен работать достаточно долго, чтобы иметь возможность наблюдать часть нового цикла активности, в который наше Солнце вошло в 2019 году. Это может позволить команде Райзенфельда улучшить свои текущие карты гелиосферы с течением времени. Новый зонд IMAP ( Interstellar Mapping and Acceleration Probe ), который должен быть запущен в космос в 2024 году, в свою очередь, детально изучит взаимодействие солнечного ветра и межзвездной среды. Эта новая миссия сможет вести наблюдения при более высоких энергиях, чем IBEX, и исследовать гораздо дальше, чем несколько сотен астрономических единиц. Офер надеется, что IMAP решит спор о размере «хвоста» гелиосферы — раз и навсегда…