Изучение края магнитного пузыря Солнца

Наш уголок Вселенной, Солнечная система находится внутри галактики Млечный Путь, где проживает более 100 миллиардов звезд. Солнечная система заключена в пузырь под названием гелиосфера, которая отделяет нас от огромной галактики за своими пределами — от жесткого космического излучения галактики.

Как рассказывают в НАСА, мы защищены от этого излучения гелиосферой, которая сама создается другим источником излучения: Солнцем. Солнце постоянно выбрасывает со своей поверхности заряженные частицы, называемые солнечным ветром. Солнечный ветер улетает примерно на четыре расстояния к Нептуну, вместе с магнитным полем от Солнца.

"Магнитные поля, как правило, наталкиваются друг на друга, но не смешиваются", - сказал Эрик Кристиан, ведущий научный сотрудник по исследованию гелиосферы в Центре космических полетов НАСА им. Годдарда в Гринбелте, штат Мэриленд. "Внутри пузыря гелиосферы находятся почти все частицы и магнитные поля от Солнца. На внешней стороны — из галактики".

Чтобы понять, что такое гелиосфера, начните с разбора этого слова, предлагает Дэвид Маккомас, профессор астрофизических наук Принстонского университета в Нью-Джерси. "Гелиосфера" — это сочетание двух слов: "Гелиос", греческое слово для Солнца и "сфера", широкая область воздействия (хотя, для ясности, ученые не уверены в точной форме гелиосферы).

Гелиосфера была открыта в конце 1950-х годов, и многие вопросы по ней остаются нерешенными. Когда ученые изучают гелиосферу, они узнают больше о том, как она уменьшает влияние радиации на астронавтов и космические корабли, и в целом, как звезды могут влиять на соседние планеты.

Воздушный шар в космосе

Какая-нибудь радиация (излучение) окружает нас каждый день. Когда мы загораем, мы наслаждаемся радиацией Солнца. Мы используем излучение для подогрева остатков пищи в наших микроволновых печах на кухне, надеемся на него для медицинских визуализаций.

Космическая радиация, однако, больше похожа на излучение, выделяемое радиоактивными элементами, такими как уран. Космическая радиация, поступающая к нам от других звезд, называется галактическим космическим излучением (ГКИ). Активные зоны в галактике — такие, как сверхновые, черные дыры и нейтронные звезды — могут вырывать электроны от атомов и ускорять ядра почти до скорости света, образуя ГКИ.

На Земле мы имеем три слоя защиты от космической радиации. Во-первых, это гелиосфера, которая помогает блокировать ГКИ от достижения основных планет Солнечной системы. Кроме того, магнитное поле Земли производит щит под названием магнитосфера, который удерживает ГКИ подальше от Земли и низкоорбитальных спутников, таких как Международная космическая станция. Наконец, газы атмосферы Земли поглощают радиацию.

Когда космонавты направляются на Луну или на Марс, они не имеют такой защиты, которую мы имеем на Земле. Они будут иметь только защиту гелиосферы, размер которой колеблется в течение 11-летнего цикла Солнца.

В каждом солнечном цикле наше светило проходит периоды интенсивной активности и мощных солнечных ветров, а также более спокойные периоды. Будто воздушный шар, когда ветер успокаивается, гелиосфера сдувается. Когда он усиливается, гелиосфера расширяется.

"Влияние гелиосферы на космические лучи позволяет осуществлять исследовательские миссии человека с большей продолжительностью. Определенным образом это позволяет людям добраться до Марса", - говорит Арик Познер, гелиофизик из штаб-квартиры НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия. "Задача для нас — лучше понять взаимодействие космических лучей с гелиосферой и за ее пределами".

Анатомия гелиосферы

На этой иллюстрации показано расположение зондов НАСА "Вояджер-1" и "Вояджер-2" вне гелиосферы — защитным пузырем, созданным Солнцем, который простирается далеко за пределы орбиты Плутона. Credits: NASA/JPL-Caltech

Существуют определенные дискуссии о точной форме гелиосферы. Однако ученые сходятся во мнении, что она имеет несколько слоев. Давайте посмотрим на слои изнутри наружу:

• Предел ударной волны: Все основные планеты нашей Солнечной системы расположены в самом глубоком слое гелиосферы. Здесь солнечный ветер исходит от Солнца на полной скорости, более миллиона километров в час, на миллиарды километров, не поддаваясь давлению галактики. Внешняя граница этого основного слоя называется пределом ударной волны.
• Гелиооболочка: Вне черты ударной волны — гелиооболочка. Здесь солнечный ветер движется медленнее и отклоняется, когда сталкивается с давлением межзвездной среды снаружи.
• Гелиопауза: Гелиопауза обозначает резкую, окончательную границу плазмы между Солнцем и остальной галактикой. Здесь магнитные поля солнечного и межзвездного ветров нажимаются друг на друга, а внутреннее и внешнее давление находятся в равновесии.
• Внешняя гелиооболочка: Область, находящаяся за пределами гелиопаузы, на которую все еще влияет наличие гелиосферы, называется внешней гелиооболочкой.

Как мы изучаем дальность гелиосферы

Многие из миссий НАСА изучают Солнце и глубокие части гелиосферы. Но только два объекта, созданные руками человека, пересекли границу Солнечной системы и вошли в межзвездное пространство.

В 1977 году НАСА запустило «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Каждый космический аппарат оснащен инструментами для измерения магнитных полей и частиц, через которые он проходит непосредственно. Пройдя мимо внешние планеты во время грандиозного тура, они вышли из гелиопаузы в 2012 и 2018 годах соответственно и сейчас находятся во внешней гелиооболочке. Они обнаружили, что космические лучи за пределами гелиопаузы примерно в три раза интенсивнее, чем глубоко внутри гелиосферы.

Однако картина, которую рисуют «Вояджеры», является неполной.

"Попытка выяснить всю гелиосферу из двух точек, Вояджер 1 и 2, - все равно, что пытаться определить погоду во всем Тихом океане с помощью двух метеостанций", - сказал Кристиан.

Для изучения гелиосферы «Вояджеры» сотрудничают с Межзвездным исследователем границ (IBEX). IBEX — это 80-килограммовый спутник размером с чемодан, запущенный НАСА в 2008 году. С тех пор IBEX вращается вокруг Земли, оборудован телескопами, которые наблюдают за внешними границами гелиосферы. IBEX фиксирует и анализирует класс частиц, называемых энергетически нейтральными атомами, или ЭНА, которые пересекают его путь. ЭНА образуются там, где сталкиваются межзвездная среда и солнечный ветер. Некоторые ЭНА возвращаются к центру Солнечной системы — и к IBEX.

"Каждый раз, когда вы собираете одну из этих ЭНА, вы знаете, с какого направления он пришел", - сказал Маккомас, главный исследователь IBEX. "Собрав много этих отдельных атомов, вы сможете сделать изображение нашей гелиосферы изнутри".

В 2025 году НАСА запустит Межзвездный зонд картографирования и ускорения (IMAP). ЭНА-камеры на IMAP имеют более высокое разрешение и более чувствительны, чем камеры IBEX.

Тайн много

В 2009 году IBEX показал столь потрясающую находку, что исследователи сначала задумывались, не мог ли прибор выйти из строя. Это открытие стало известно как Лента IBEX — полоса по небу, где выбросы ЭНА в два три раза ярче остального неба.

"Лента была совершенно неожиданной и не предсказывалась никакими теориями до того, как мы запустили миссию", - сказал Маккомас. До сих пор не совсем понятно, чем она вызвана, но это яркий пример тайн гелиосферы, которые еще предстоит открыть.

"Наше Солнце — звезда, как и миллиарды других во Вселенной. Некоторые из этих звезд также имеют астросферы, такие как гелиосфера, но это единственная астросфера, в которой мы фактически находимся, и мы можем ее внимательно изучать", - сказала Юстина Сокол, научный сотрудник Юго-Западного научно-исследовательского института в Сан-Антонио, Техас. "Мы должны начать с нашего района, чтобы узнать гораздо больше о другой части Вселенной".

! Читайте еще интересные новости о космосе на сайте или следите за ними на Facebook.