Гелиосфера, область космоса, на которую влияет Солнце. Она более чем в сто раз больше расстояния от Солнца до Земли. Именно она блокирует многие космические лучи, и не дает им достичь планет Солнечной системы.
Солнце постоянно испускает поток плазмы, называемый солнечным ветром, и время от времени выбрасывает корональные массы, которые могут способствовать полярному сиянию и вспышкам. Плазма и магнитное поле Солнца образуют гелиосферу внутри локальной межзвездной среды.
Восемь известных планет Солнечной системы, пояс астероидов между Марсом и Юпитером и пояс Койпера находятся в гелиосфере. Она настолько велика, что объекты в поясе Койпера вращаются ближе к Солнцу, чем к ближайшей границе гелиосферы.
Она защищает Землю от космических лучей, которые выбрасываются взрывающимися звездами и могут быть опасны для живых организмов и различной наземной инфраструктуры. Атмосфера Земли также защищает от космической радиации, но гелиосфера действует как первый щит.
Кроме космического излучения, нейтральные частицы и пыль из межзвездной среды постоянно поступают в гелиосферу, влияя на пространство вокруг Земли и изменяя воздействие солнечного ветра. Исследователи предполагают, что миллионы лет назад гелиосфера сжалась из-за контакта с плотным облаком частиц, открыв Землю для воздействия межзвездной среды.
Ученые не знают точную форму гелиосферы. Модели варьируются от сферической до кометоподобной и круассанообразной. Направление движения Солнца определено как "нос", а противоположное направление - как "хвост". Направление носа имеет кратчайшее расстояние до гелиопаузы.
В 2018 году космический аппарат Voyager 2 вошел в межзвездное пространство, что помогло охарактеризовать структуру гелиосферы. Однако ни один зонд пока не получил хорошего обзора гелиосферы снаружи и не взял образцы межзвездной среды, которые могли бы помочь ученым лучше понять форму гелиосферы и ее взаимодействие с межзвездной средой.
В 1977 году NASA запустило миссию Voyager, состоящую из двух космических аппаратов, которые пролетели мимо Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. После наблюдения за этими планетами зонды пересекли гелиопаузу и вышли в межзвездное пространство: Voyager 1 в 2012 году, а Voyager 2 в 2018 году. Хотя Voyager 1 и 2 — единственные зонды, которые пересекли гелиопаузу, они уже давно вышли за рамки своих предполагаемых сроков службы. Их приборы медленно выходят из строя или отключаются, и они больше не могут возвращать необходимые данные.
Эти космические аппараты были разработаны для изучения планет, а не межзвездной среды, поэтому у них нет необходимых инструментов для проведения всех измерений межзвездной среды или гелиосферы.
Для изучения гелиосферы извне понадобится специальная миссия - межзвездный зонд, предназначенный для полета за пределы гелиопаузы.
Поскольку гелиосфера слишком велика, зонду понадобятся десятилетия, чтобы достичь ее границы, даже с использованием гравитационного маневра такой массивной планеты, как Юпитер. После запуска зонда ему потребуется около 50 или более лет, чтобы достичь межзвездной среды.
NASA рассматривает возможность разработки такого межзвездного зонда. В первоначальном отчете рекомендовалось, чтобы зонд двигался по траектории, которая находится примерно в 45 градусах от направления носа гелиосферы. Эта траектория будет повторять часть пути Voyager, проходя при этом новые области космоса. Этот путь даст зонду частичное угловое изображение гелиосферы, но он не сможет увидеть гелиохвост — область, о которой ученым известно меньше всего.
Ученые предполагают, что в гелиохвосте плазма гелиосферы смешивается с плазмой межзвездной среды посредством магнитного пересоединения, что позволяет заряженным частицам устремляться из межзвездной среды в гелиосферу.
В новом исследовании, опубликованном в Frontiers in Astronomy and Space Sciences, ученые оценили шесть потенциальных направлений запуска от носа до хвоста. Они обнаружили, что траектория, пересекающая фланг гелиосферы в направлении хвоста, даст наилучшую перспективу ее формы. Этот путь предоставит ученым уникальную возможность изучить новую область пространства внутри гелиосферы и получить вид снаружи под углом, что даст более детальное представление о ее форме.
В конечном итоге, в каком бы направлении ни был запущен межзвездный зонд, возвращаемые им научные данные будут бесценными.