Nowo zebrane informacje pokazują, że możliwe jest uzyskanie szczegółowego obrazu tej granicy Układu Słonecznego i tego, jak zmienia się ona w czasie. Wszystko to może pomóc naukowcom lepiej zrozumieć region kosmosu znany jako heliosefera.
Heliopauza i szok końcowy – co to takiego?
Słońce wpływa na otaczającą je przestrzeń na wiele sposobów. Generuje ono na przykład wiatr słoneczny – stały naddźwiękowy przepływ zjonizowanej plazmy, który przenika przez cały Układ Słoneczny, by w końcu zaniknąć w wielkiej pustce między gwiazdami. Punkt, w którym wiatr słoneczny zaczyna przepływać poniżej prędkości, z jaką fale dźwiękowe mogą przemieszczać się przez rozproszony ośrodek międzygwiazdowy, nazywany jest szokiem końcowym, a punkt, w którym przepływ nie jest już wystarczająco silny, aby przeciwstawiać się ciśnieniu materii międzygwiezdnej, heliopauzą.
Obydwie sondy Voyager przekroczyły heliopauzę oraz szok końcowy i przemierzają przestrzeń międzygwiezdną. Dzięki temu zapewniają nam pierwsze bezpośrednie pomiary omawianej przesuwającej się granicy. Niemniej, na orbicie Ziemi znajduje się sonda, która pomaga naukowcom w mapowaniu heliopauzy od czasu jej wystrzelenia w 2009 roku – NASA Interstellar Boundary Explorer (IBEX).
Pomiary granicy Układu Słonecznego
IBEX mierzy naenergetyzowane neutralne atomy, które powstają, gdy wiatr słoneczny zderza się z wiatrem międzygwiazdowym na granicy Układ Słonecznego. Niektóre z tych atomów są katapultowane dalej w kosmos, podczas gdy inne wyrzucane w stronę Ziemi. Po uwzględnieniu siły wiatru słonecznego, który wytworzył neutralne atomy docierające do Ziemi, można odwzorować kształt heliopauzy. To trochę jak kosmiczna echolokacja.
Poprzednie mapy struktury heliosfery bazowały na wieloletnich pomiarach ewolucji ciśnienia wiatru słonecznego i emisji neutralnych atomów, co spowodowało wygładzenie heliopauzy zarówno w przestrzeni, jak i w czasie. Niemniej, w 2014 roku, w ciągu mniej więcej szczęściu miesięcy, dynamiczne ciśnienie wiatru słonecznego wzrosło o około 50 procent. Zespół naukowców, któremu przewodził Eric Zirnstein z Uniwersytetu Princeton, wykorzystał to wydarzenie, aby uzyskać bardziej szczegółowy obraz kształtu szoku końcowego i heliopauzy. W ten sposób znalazł ogromne zmarszczki – rozciągające się na dziesiątki jednostek astronomicznych.
Niespodziewane odkrycie
Badacze stworzyli również komputerowe modele i przeprowadzili symulacje, by określić, w jaki sposób wiatr słoneczny o wysokim ciśnieniu oddziałuje z granicami Układu Słonecznego. Odkryli zatem, że front ciśnienia dotarł do szoku końcowego w 2015 roku, posyłając falę ciśnienia przez obszar znajdujący się między szokiem końcowym a heliopauzą – płaszcz Układu Słonecznego. Fala ta odbiła się od heliopauzy i cofnęła się (zderzając się z wciąż z nachodzącym przepływem plazmy i doprowadzając do powstania mnóstwa neutralnych atomów, które wypełniły płaszcz Układu Słonecznego), by powrócić do szoku końcowego.
Pomiary naukowców pokazują także dość duże zmiany odległości Słońca od heliopauzy. Voyager 1 przekroczył heliopauzę w odległości 122 jednostek astronomicznych od Słońca, z kolei w 2016 roku odległość heliopauzy od Słońca w punkcie przekroczenia jej przez tę sondę wynosiła około 131 jednostek astronomicznych.
Wszystko to sugeruje, że kształt heliopauzy się zmienia. Nie jest do końca jasne dlaczego, ale ma to ogromne znaczenia.
W 2025 roku w przestrzeń kosmiczną ma zostać wysłana sonda, która ma z jeszcze większą precyzją mierzyć emisję neutralnych atomów. Zdaniem naukowców powinna ona pomóc w wyjaśnieniu licznych tajemnic niewidzialnej pomarszczonej bańki, która otacza Układ Słoneczny.
Źródło: Nature Astronomy, fot. tyt. NASA