Якої форми захисний міхур нашої Сонячної системи, геліосфера?

Ви живете в міхурі. Не метафоричний міхур - справжній, буквальний міхур. Але не хвилюйтесь, не тільки ви. Уся планета і будь-яка інша планета Сонячної системи, якщо вже на те пішло, теж в міхурі.

І за своє існування ми можемо завдячувати саме цьому, розповідається в прес-релізі Бостонського університету.

Космічні фізики називають цей міхур геліосферою. Це величезна область, яка простягається більш ніж удвічі далі, ніж Плутон, і яка створює магнітне "силове поле" навколо всіх планет, відводячи заряджені частинки, які б у іншому випадку прорвалися у Сонячну систему і навіть через вашу ДНК, якщо вам не пощастило б стати у них на шляху.

Геліосфера зобов′язана своїм існуванням взаємодії заряджених частинок, що витікають із Сонця (так званий "сонячний вітер"), та частинок ззовні Сонячної системи. Хоч ми вважаємо, що простір між зірками абсолютно порожній, насправді він наповнений рідким супом з пилу та газу від інших зірок - живих зірок, мертвих зірок та ще не народжених зірок. У середньому, по всій галактиці кожна ділянка простору, розміром із кубик цукру, вміщує всього один атом, а область навколо нашої Сонячної системи є ще менш щільною.

Сонячний вітер постійно виштовхує цей міжзоряний матеріал. Але чим далі від Сонця, тим слабкішим стає те відштовхування. Після десятків мільярдів миль міжзоряна матерія починає штовхати назад. Геліосфера закінчується там, де вони перебувають у рівновазі. Але де саме ця межа, і як вона виглядає?

Мерав Офер, професор астрономії Коледжу мистецтв і наук Бостонського університету та Центру космічної фізики, вивчає ці питання вже майже 20 років. І останнім часом її відповіді викликали ажіотаж.

Оскільки вся наша Сонячна система рухається через міжзоряний простір, геліосфера, незважаючи на свою назву, насправді не є сферою. Космічні фізики давно порівнюють її форму з кометою, із закругленим «носом» з однієї сторони і довгим хвостом, що простягається в протилежному напрямку. Шукайте в Інтернеті зображення геліосфери, і саме такий малюнок ви обов′язково знайдете.

Але в 2015 році, використовуючи нову комп′ютерну модель та дані космічного корабля "Вояджер-1", Офер та її співавтор Джеймс Дрейк з Університету Меріленда прийшли до іншого висновку: вони запропонували, що геліосфера насправді має форму рогалика - насправді, не повністю як свіжоспечений круасан. У цій «круасановій» моделі два струменя простягаються вниз від носа, а не один хвіст відходить в далечінь. "З цього почалась розмова про глобальну структуру геліосфери", - каже Офер.

В її науковій статті не вперше висловлювалася думка про те, що геліосфера має форму іншу, ніж комета, але вона надала імпульс новим дебатам. "Це було дуже суперечливо, - каже вона. - Мене розбивали на кожній конференції! Але я трималася за зброю."

Потім, через два роки після початку «круасанових» дебатів, свідчення космічного корабля «Кассіні», який перебував на орбіті Сатурна з 2004 по 2017 рік, запропонували ще одне бачення геліосфери. Визначивши час, коли частинки відштовхуються від межі геліосфери, і співвідносячи їх з іонами, виміряними космічним кораблем-близнюком Вояджер, вчені Кассіні дійшли висновку, що геліосфера насправді майже кругла і симетрична: ні комета, ні круасан, а більш нагадує пляжний м′яч. Їх результат був таким же суперечливим, як і круасан. "Ви не можете легко прийняти такі зміни", - каже Том Кримігіс, який керував експериментами і на Кассіні, і на Вояджері. "Все наукове співтовариство, яке працює в цій галузі, вже більше 55 років передбачало, що геліосфера має кометний хвіст".

Новини за подібною темою:

		Зовнішня Сонячна система може складатися ще з одного пояса малих об’єктів
		Астрофізики побудували модель, яка пояснює швидке формування планет
		Кілька мільйонів років тому Земля могла “вислизнути” з-під захисту Сонця

Тепер Офер, Дрейк та їх колеги Аві Лоб з Гарвардського університету та Габор Тот із Мічиганського університету розробили нову тривимірну модель геліосфери, яка могла б узгодити "круасан" з пляжним м′ячем. Їх роботи були опубліковані в Nature Astronomy 16 березня.

На відміну від більшості попередніх моделей, які припускали, що заряджені частинки всередині Сонячної системи перебувають в межах однієї і тієї ж середньої температури, нова модель розбиває частинки на дві групи. Перша -- це частинки, що надходять безпосередньо від сонячного вітру. Друга -- це те, що космофізики називають "пікап"-іони. Це частинки, які дрейфують у Сонячній системі в електрично нейтральній формі -- оскільки вони не відхиляються магнітними полями, нейтральні частинки можуть "просто заходити", говорить Офер, -- але тоді їх електрони були б вибиті.

Космічний корабель "Нові горизонти", який зараз досліджує космос за межами Плутона, виявив, що ці частинки стають в сотні чи тисячі разів гарячішими, ніж звичайні іони сонячного вітру, оскільки вони переносяться сонячним вітром і прискорюються його електричним полем. Але лише моделюючи температуру, густину та швидкість двох груп частинок окремо, дослідники виявили їх надмірний вплив на форму геліосфери.

Ця форма, згідно з новою моделлю, насправді розбиває різницю між круасаном і сферою. Назвіть це здутим пляжним м′ячем або випуклим круасаном: так чи інакше, здається, що з чим можуть погодитися і команда Офери, і дослідники Кассіні.

Нова модель виглядає дуже відрізняється від класичної, кометної моделі. Але вони дійсно можуть бути більш схожими, ніж вони здаються, каже Офер, залежно від того, як саме ви визначаєте край геліосфери. Подумайте над тим, як перетворити фотографію у відтінках сірого в чорно-біле: остаточне зображення багато в чому залежить від того, який саме відтінок сірого ви виберете як роздільну лінію між чорним і білим.

Та чому б взагалі турбуватися про форму геліосфери? Дослідники, які вивчають екзопланети - планети навколо інших зірок - з великим зацікавленням порівнюють нашу геліосферу з геліосферою навколо інших зірок. Чи можуть сонячний вітер та геліосфера бути ключовими компонентами рецепту життя? "Якщо ми хочемо зрозуміти наше середовище, ми повинні краще зрозуміти всю цю геліосферу", - каже Лоеб, співробітник Офери з Гарварду.

І ще є справа в цих міжзоряних частинках, що подрібнюють ДНК. Дослідники досі працюють над тим, що саме вони означають для життя на Землі та на інших планетах. Деякі думають, що вони насправді могли допомогти керувати генетичними мутаціями, що призвело до життя типу нашого, каже Лоеб. "У потрібній кількості вони вносять зміни, мутації, які дозволяють організму розвиватися і ускладнюватися", - говорить він. Але, як кажуть, доза робить отруту. "Завжди є тонкий баланс, коли маєш справу з життям у тому вигляді, як ми його знаємо. Занадто багато хорошого - це погано", - зазначив Лоеб.

Що ж стосується даних, то рідко буває дуже багато корисного. І хоча моделі, здається що сходяться, вони все ще обмежені дефіцитом даних із зовнішніх областей Сонячної системи. Ось чому такі дослідники, як Офер, сподіваються змусити NASA запустити міжзоряний зонд нового покоління, який проріже шлях через геліосферу та безпосередньо виявить "пікап"-іони поблизу периферії геліосфери. Поки що лише космічні кораблі "Вояджер 1" і "Вояджер 2" пройшли цю межу, і вони були запущені більше 40 років тому, несучи інструменти старшої епохи, які були розроблені для того, щоб виконувати іншу роботу. Прихильники місії з лабораторії прикладної фізики Університету Джона Хопкінса, кажуть, що новий зонд може запуститися у 2030-ті роки і почати досліджувати край геліосфери через 10 або 15 років після цього.

"За допомогою міжзоряного зонда ми сподіваємося розв′язати хоча б деякі незліченні таємниці, які Вояджери почали розкривати", - каже Офер. І цього, на її думку, варто почекати.

Читайте ще цікаві новини про космос.

• Сонячна система