Създадоха първата 3D карта на хелиосферата на нашата Слънчева система

Вече разполагаме с триизмерна карта на границите на Слънчевата система. И тя е невероятна.

За първи път астрономи успяха да определят формата на хелиосферата – границата, маркираща мястото, където слънчевият вятър на нашата звезда вече не оказва влияние. Откритието може да ни помогне да разберем по-добре средата на Самата слънчева система и начина, по който тя си взаимодейства с междузвездното пространство.

„Физическите модели теоретизират границите от години – казва астрономът Дан Райзенфийлд от националната лаборатория на Лос Аламос. – Това обаче е първият път, в който успяваме в действителност да я измерим и да създадем нейна триизмерна карта.“

Всъщност и преди сме се срещали с покрайнините на хелиосферата – граница, известна повече като хелиопауза. И двете сонди „Вояджър“, изстреляни преди повече от 40 години, вече минаха през нея по пътя си към междузвездното пространство.

Хелиопаузата е впечатляващо място. Слънцето изхвърля непрестанно поток от заредени частици – свръхзвуков вятър от йонизирана плазма – в пространството. Малко по малко мощта на този вятър намалява и на определено разстояние от звездата той вече не може да оказва достатъчно силен натиск върху междузвездното пространство. Именно тук се намира хелиопаузата.

В междузвездното пространство няма особено много материал, но този, който откриваме, е достатъчно и е с ниска плътност на атомите. Съществува и космически вятър, духащ между звездите.

От доста време насам учените обсъждат потенциалната форма на границата между двете. Дали не е кръгъл мехур? Или пък прилича по-скоро на комета с опашка, носеща се зад самата Слънчева система, докато тя се движи около Млечния път? Или пък наподобява гигантски кроасан?

Няма как да прескочим до това място и да проверим. „Вояджър 1“ и „Вояджър 2“ се намираха съответно на 121 и 119 астрономически единици* от Слънцето, когато достигнаха хелиопаузата. И за това им бяха нужни цели десетилетия.

Това обаче не означава, че не можем да надникнем в нея. Райзенфийлд и екипа му използваха данни от сателита IBEX на NASA, намиращ се в орбитата на Земята – това е обсерватория, която измерва частиците в доста широкия преходен район между вътрешната хелиосфера и външната среда.

Енергичните неутрални атоми (ENA) са част от тези частици. Те се генерират от сблъсъците между частици от слънчевия вятър и частици с този в междузвездното пространство. Силата на сигнала им зависи от силата на слънчевия вятър по време на сблъсъка – подобно на вятъра на Земята и този, идващ от Слънцето, не духа с една и съща интензивност.

За да картографират хелиопаузата, учените решават да разкодират именно тези сигнали – това е горе-долу по същия начин прилепите използват сонар, за да картографират света около себе си. Силата на сигнала и времето на забавяне между изпращането и получаването може да разкрие формата и разстоянието на различните препятствия.

„“Сигналът“ на слънчевия вятър, изпратен от Слънцето, варира по отношение на сила, той образува уникален шаблон – обяснява Райзенфийлд. – IBEX ще разпознае същия този шаблон във връщащия се ENA сигнал (2-6 години по-късно) в зависимост от енергията на ENA и посоката, в която IBEX гледа през хелиосферата. Именно посредством тази времева разлика ние открихме разстоянието до региона на образуване на ENA в конкретна посока.“

Екипът е използвал данните от един пълен слънчев цикъл – от 2009-та до 2019-та. Генерираната по този начин карта е все още приблизителна, но въпреки това тя разкрива доста интересни неща за хелиопаузата.

Източник: Los Alamos National Laboratory

Знаем например, че в края на краищата формата ѝ (анимирана по-горе) наподобява малко на комета – с опашка, която е дълга поне 350 астрономически единици (това е сегашният лимит на обхвата на IBEX), въпреки че е невъзможно да измерим дълбината на опашката. Не е изключено и да е съвсем къса. От друга страна, минималната радиална дистанция до „носа“ на хелиопаузата изглежда е около 110 до 120 астрономически единици, което съвпада с момента на пресичането ѝ от двете сонди „Вояджър“.

При високите географски ширини хелиопаузата се простира на 150 до 175 астрономически единици. Това показва, че формата наподобява по-скоро на куршум и не съвпада с доста странния кроасанов модел.

Мисията IBEX е все още активна и ще продължи поне до 2025 г. Веднага след това щафетата ще се поеме Сондата за междузвездно картографиране и ускоряване.

Екипът се надява, че и двете мисии ще предоставят повече данни, които да помогнат за прецизирането на формата на хелиопаузата.

Изследването е публикувано в The Astrophysical Journal Supplement Series.

*мерна единица за дължина, представляваща средното аритметично на минималното и максималното разстояние на Земята до Слънцето