Какой формы защитный пузырь нашей Солнечной системы, гелиосфера?

Вы живете в пузыре. Не метафорический пузырь - настоящий, буквальный пузырь. Но не волнуйтесь, не только вы. Вся планета и любая другая планета Солнечной системы, если уж на то пошло, тоже в пузыре.

И за свое существование мы можем благодарить именно ему, рассказывается в пресс-релизе Бостонского университета.

Космические физики называют этот пузырь гелиосферой. Это огромная область, которая простирается более чем вдвое дальше, чем Плутон, и которая создает магнитное "силовое поле" вокруг всех планет, отводя заряженные частицы, которые в противном случае прорвались бы в Солнечную систему и даже через вашу ДНК, если вам не повезло бы стать у них на пути.

Гелиосфера обязана своему существованию взаимодействию заряженных частиц, исходящих из Солнца (так называемый "солнечный ветер"), и частиц извне Солнечной системы. Хотя мы считаем, что пространство между звездами абсолютно пустое, на самом деле оно наполнено жидким супом из пыли и газа от других звезд - живых звезд, мертвых звезд и еще не родившихся звезд. В среднем по всей галактике каждый участок пространства, размером с кубик сахара, содержит всего один атом, а область вокруг нашей Солнечной системы еще менее плотная.

Солнечный ветер постоянно выталкивает этот межзвездный материал. Но чем дальше от Солнца, тем слабее становится то отталкивание. После десятков миллиардов миль межзвездная материя начинает толкать обратно. Гелиосфера заканчивается там, где они находятся в равновесии. Но где именно эта граница, и как она выглядит?

Мерова Офер, профессор астрономии Колледжа искусств и наук Бостонского университета и Центра космической физики, изучает эти вопросы уже почти 20 лет. И в последнее время ее ответы вызвали ажиотаж.

Поскольку вся наша Солнечная система движется через межзвездное пространство, гелиосфера, несмотря на свое название, на самом деле не является сферой. Космические физики давно сравнивают ее форму с кометой, с закругленным «носом» с одной стороны и длинным хвостом, который простирается в противоположном направлении. Ищите в Интернете изображения гелиосферы, и именно такой рисунок вы обязательно найдете.

Но в 2015 году, используя новую компьютерную модель и данные космического корабля "Вояджер-1", Офер и ее соавтор Джеймс Дрейк из Университета Мэриленда пришли к другому выводу: они предложили, что гелиосфера на самом деле имеет форму рогалика - не совершенно именно как свежеиспеченный круассан. В этой «круассанной» модели две струи простираются вниз от носа, а не один хвост уходит в даль. "С этого начался разговор о глобальной структуре гелиосферы", - говорит Офер.

В ее научной статье не впервые высказывалось мнение о том, что гелиосфера имеет форму иную, чем комета, но она предоставила импульс новым дебатам. "Это было очень противоречиво, - говорит она. - Меня разбивали на каждой конференции! Но я держалась за оружие."

Затем, через два года после начала «круассановых» дебатов, свидетельства космического корабля «Кассини», который находился на орбите Сатурна с 2004 по 2017 год, предложили еще одно видение гелиосферы. Определив время, когда частицы отталкиваются от границы гелиосферы, и соотнося их с ионами, измеренными космическим кораблем-близнецом Вояджером, ученые Кассини пришли к выводу, что гелиосфера на самом деле почти круглая и симметричная: ни комета, ни круассан, а больше напоминает пляжный мяч. Их результат был таким же противоречивым, как и круассан. "Вы не можете легко принять такие изменения", - говорит Том Кримигис, который руководил экспериментами и на Кассини, и на Вояджере. "Все научное сообщество, которое работает в этой области, уже более 55 лет предусматривало, что гелиосфера имеет кометный хвост".

Теперь Офер, Дрейк и их коллеги Ави Лоб из Гарвардского университета и Габор Тот с Мичиганского университета разработали новую трехмерную модель гелиосферы, которая могла бы согласовать "круассан" с пляжным мячом. Их работы были опубликованы в Nature Astronomy 16 марта.

В отличие от большинства предыдущих моделей, которые предполагали, что заряженные частицы внутри Солнечной системы находятся в пределах одной и той же средней температуры, новая модель разбивает частицы на две группы. Первая - это частицы, поступающие непосредственно от солнечного ветра. Вторая - это то, что космофизики называют "пикап"-ионы. Это частицы, которые дрейфуют в Солнечной системе в электрически нейтральной форме - поскольку они не отклоняются магнитными полями, нейтральные частицы могут "просто заходить", говорит Офер, - но тогда их электроны были бы выбиты.

Космический корабль «Новые горизонты», который сейчас исследует космос за пределами Плутона, обнаружил, что эти частицы становятся в сотни или тысячи раз горячее, чем обычные ионы солнечного ветра, так как они переносятся солнечным ветром и ускоряются его электрическим полем. Но только моделируя температуру, плотность и скорость двух групп частиц отдельно, исследователи обнаружили их чрезмерное влияние на форму гелиосферы.

Эта форма, согласно новой модели, на самом деле разбивает разницу между круассаном и сферой. Назовите это вздутым пляжным мячом или выпуклым круассаном: так или иначе, кажется, что с этим могут согласиться и команда Оферы, и исследователи Кассини.

Новая модель выглядит очень отличающейся от классической, кометной модели. Но они действительно могут быть более похожими, чем они кажутся, говорит Офер, в зависимости от того, как вы определяете край гелиосферы. Подумайте над тем, как превратить фотографию в оттенках серого в черно-белую: окончательное изображение во многом зависит от того, какой именно оттенок серого вы выберете в качестве разделительной линии между черным и белым.

Но почему бы вообще беспокоиться о форме гелиосферы? Исследователи, изучающие экзопланеты - планеты вокруг других звезд - с большим интересом сравнивают нашу гелиосферу с гелиосферой вокруг других звезд. Могут ли солнечный ветер и гелиосфера быть ключевыми компонентами рецепта жизнь? "Если мы хотим понять нашу среду, мы должны лучше понять всю эту гелиосферу", - говорит Лоэб, сотрудник Оферы из Гарварда.

И еще дело в этих межзвездных частицах, измельчающих ДНК. Исследователи до сих пор работают над тем, что именно они означают для жизни на Земле и на других планетах. Некоторые думают, что они действительно могли помочь управлять генетическими мутациями, что привело к жизни типа нашей, говорит Лоэб. "В нужном количестве они вносят изменения, мутации, которые позволяют организму развиваться и усложняться", - говорит он. Но, как говорится, доза делает яд. "Всегда есть тонкий баланс, когда имеешь дело с жизнью в том виде, как мы ее знаем. Слишком много хорошего - это плохо", - отметил Лоэб.

Что же касается данных, то редко бывает очень много полезного. И хотя модели, кажется, сходятся, они все еще ограничены дефицитом данных из внешних областей Солнечной системы. Вот почему такие исследователи, как Офер, надеются заставить NASA запустить межзвездный зонд нового поколения, который прорежет путь через гелиосферу и непосредственно обнаружит "пикап"-ионы вблизи периферии гелиосферы. Пока только космические корабли "Вояджер-1" и "Вояджер-2" прошли эту границу, а они были запущены более 40 лет назад, неся инструменты старшей эпохи, которые были разработаны для того, чтобы выполнять другую работу. Сторонники миссии из лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса, говорят, что новый зонд может запуститься в 2030-е годы и начать исследовать край гелиосферы через 10 или 15 лет после этого.

"С помощью межзвездного зонда мы надеемся решить хотя бы некоторые бесчисленные тайны, которые Вояджеры начали раскрывать", - говорит Офер. И этого, по ее мнению, стоит подождать.

Читайте еще интересные новости о космосе.