Вивчення краю магнітного міхура Сонця

Наш куточок Всесвіту, Сонячна система, знаходиться всередині галактики Чумацький Шлях, де мешкає понад 100 мільярдів зірок. Сонячна система укладена в міхур під назвою геліосфера, яка відокремлює нас від величезної галактики за своїми межами -- і від жорсткого космічного випромінювання галактики.

Як розповідають в НАСА, ми захищені від цього випромінювання геліосферою, яка сама створюється іншим джерелом випромінювання: Сонцем. Сонце постійно викидає зі своєї поверхні заряджені частинки, звані сонячним вітром. Сонячний вітер відлітає приблизно на чотири відстані до Нептуна, разом з магнітним полем від Сонця.

"Магнітні поля, як правило, наштовхуються один на одного, але не змішуються", - сказав Ерік Крістіан, провідний науковий співробітник з дослідження геліосфери у Центрі космічних польотів НАСА ім. Годдарда у Грінбелті, штат Мериленд. "Усередині міхура геліосфери знаходяться майже всі частинки та магнітні поля від Сонця. Зовні – з галактики".

Щоб зрозуміти, що таке геліосфера, почніть з розбору слово, пропонує Девід Маккомас, професор астрофізичних наук Принстонського університету в Нью-Джерсі. "Геліосфера" – це поєднання двох слів: "Геліос", грецьке слово для Сонця та "сфера", широка область впливу (хоча, для ясності, вчені не впевнені у точній формі геліосфери).

Геліосфера була відкрита наприкінці 1950-х років, і багато питань щодо неї залишаються невирішеними. Коли вчені вивчають геліосферу, вони дізнаються більше про те, як вона зменшує вплив радіації на астронавтів та космічні кораблі, і в цілому, як зорі можуть впливати на сусідні планети.

Повітряна куля у космосі

Якась радіація (випромінювання) оточує нас щодня. Коли ми засмагаємо, ми насолоджуємося радіацією Сонця. Ми використовуємо випромінювання для підігріву залишків їжі в наших мікрохвильових печах на кухні й покладаємося на нього для медичних візуалізацій.

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

Космічна радіація, однак, більше схожа на випромінювання, що виділяється радіоактивними елементами, такими як уран. Космічна радіація, що надходить до нас від інших зірок, називається галактичним космічним випромінюванням (ГКВ). Активні зони в галактиці – такі як наднові, чорні діри та нейтронні зорі – можуть виривати електрони від атомів та прискорювати ядра майже до швидкості світла, утворюючи ГКВ.

На Землі ми маємо три шари захисту від космічної радіації. По-перше, це геліосфера, яка допомагає блокувати ГКВ від досягнення основних планет Сонячної системи. Крім того, магнітне поле Землі виробляє щит під назвою магнітосфера, який утримує ГКВ якомога далі від Землі та низькоорбітальних супутників, таких як Міжнародна космічна станція. Нарешті, гази атмосфери Землі поглинають радіацію.

Коли космонавти прямують на Місяць або на Марс, вони не мають такого захисту, який ми маємо на Землі. Вони матимуть лише захист геліосфери, розмір якої коливається протягом 11-річного циклу Сонця.

У кожному сонячному циклі наше світило проходить періоди інтенсивної активності та потужних сонячних вітрів, а також більш спокійні періоди. Ніби повітряна куля, коли вітер заспокоюється, геліосфера здувається. Коли він підсилюється, геліосфера розширюється.

"Вплив геліосфери на космічні промені дозволяє здійснювати дослідницькі місії людини з більшою тривалістю. Певним чином це дозволяє людям дістатися до Марса", - каже Арік Познер, геліофізик зі штаб-квартири НАСА у Вашингтоні, округ Колумбія. "Завдання для нас – краще зрозуміти взаємодію космічних променів з геліосферою та її межами".

Анатомія геліосфери

На цій ілюстрації показано розташування зондів НАСА "Вояджер-1" і "Вояджер-2" поза геліосферою — захисним міхуром, створеним Сонцем, який простягається далеко за межі орбіти Плутона. Credits: NASA/JPL-Caltech

Існують певні дискусії щодо точної форми геліосфери. Однак вчені сходяться на думці, що вона має кілька шарів. Нумо подивімося на шари зсередини назовні:

• Межа ударної хвилі: Усі основні планети нашої Сонячної системи розташовані в найглибшому шарі геліосфери. Тут сонячний вітер виходить від Сонця на повній швидкості, понад мільйон кілометрів на годину, на мільярди кілометрів, не піддаючись тиску галактики. Зовнішня межа цього основного шару називається межею ударної хвилі.
• Геліооболонка: Поза межею ударної хвилі – геліооболонка. Тут сонячний вітер рухається повільніше та відхиляється, коли стикається з тиском міжзоряного середовища зовні.
• Геліопауза: Геліопауза позначає різку, остаточну межу плазми між Сонцем та рештою галактики. Тут магнітні поля сонячного та міжзоряного вітрів натискаються один на одного, а внутрішній і зовнішній тиск перебувають у рівновазі.
• Зовнішня геліооболонка: Область, що знаходиться за межами геліопаузи, на яку все ще впливає наявність геліосфери, називається зовнішньою геліооболонкою.

Як ми вивчаємо дальність геліосфери

Багато з місій НАСА вивчають Сонце та найглибші частини геліосфери. Але лише два об’єкти, створені руками людини, перетнули кордон Сонячної системи й увійшли в міжзоряний простір.

У 1977 році НАСА запустило «Вояджер-1» і «Вояджер-2». Кожен космічний апарат оснащений інструментами для вимірювання магнітних полів та частинок, через які він проходить безпосередньо. Пройшовши повз зовнішні планети під час грандіозного туру, вони вийшли з геліопаузи у 2012 та 2018 роках відповідно і наразі перебувають у зовнішній геліооболонці. Вони виявили, що космічні промені за межами геліопаузи приблизно в три рази інтенсивніші, ніж глибоко всередині геліосфери.

Однак картина, яку малюють «Вояджери», є неповною.

"Спроба з'ясувати всю геліосферу з двох точок, Вояджер 1 і 2, – все одно, що намагатися визначити погоду у всьому Тихому океані за допомогою двох метеостанцій", - сказав Крістіан.

Для вивчення геліосфери «Вояджери» співпрацюють з Міжзоряним дослідником меж (IBEX). IBEX – це 80-кілограмовий супутник розміром з валізу, запущений НАСА у 2008 році. Відтоді IBEX обертається навколо Землі, обладнаний телескопами, що спостерігають за зовнішніми межами геліосфери. IBEX фіксує та аналізує клас частинок, які називаються енергетично нейтральними атомами, або ЕНА, які перетинають його шлях. ЕНА утворюються там, де стикаються міжзоряне середовище та сонячний вітер. Деякі ЕНА повертаються до центру Сонячної системи – і до IBEX.

"Щоразу, коли ви збираєте одну з цих ЕНА, ви знаєте, з якого напрямку він прийшов", - сказав Маккомас, головний дослідник IBEX. "Зібравши багато цих окремих атомів, ви зможете зробити зображення нашої геліосфери зсередини".

У 2025 році НАСА запустить Міжзоряний зонд картографування та прискорення (IMAP). ЕНА-камери на IMAP мають більш високу роздільну здатність і більш чутливі, ніж камери IBEX.

Таємниць багато

У 2009 році IBEX показав настільки приголомшливу знахідку, що дослідники спочатку замислювалися, чи не міг прилад вийти з ладу. Це відкриття стало відоме як Стрічка IBEX – смуга по небу, де викиди ЕНА у два-три рази яскравіші за решту неба.

"Стрічка була абсолютно несподіваною і не очікувалася ніякими теоріями до того, як ми запустили місію", - сказав Маккомас. Дотепер не зовсім зрозуміло, чим вона викликана, але це яскравий приклад таємниць геліосфери, які ще належить відкрити.

"Наше Сонце – зоря, як і мільярди інших у Всесвіті. Деякі з цих зірок також мають астросфери, такі як геліосфера, але це єдина астросфера, в якій ми фактично перебуваємо, і ми можемо її уважно вивчати", - сказала Юстина Сокол, науковий співробітник Південно-Західного науково-дослідного інституту в Сан-Антоніо, Техас. "Ми повинні почати з нашого району, щоб дізнатися набагато більше про решту Всесвіту".

! Читайте ще цікаві новини про космос на сайті, або слідкуйте за ними на Facebook.

• Сонячна система
• Сонце