Космическая трехмерная карта раскрывает странные особенности нашей Солнечной системы

Как описано в работе ведущего автора Дэна Райзенфельда, IBEX вела себя как летучая мышь в пещере. Вместо эхолота или голоса животного использовался только солнечный ветер.

В течение всего цикла активности Солнца (с 2009 по 2019 год) аппарат измерял поток частиц, несущихся мимо него в межзвездное пространство. И в то же время он пытался поймать возвращающиеся атомы.

Далеко за пределами орбиты Нептуна (около 60 астрономических единиц, или девять миллиардов километров) солнечный ветер сталкивается с межзвездной плазмой. Это взаимодействие не только замедляет частицы, испускаемые Солнцем, но и генерирует устойчивый поток нейтральных атомов высокой энергии (ENA).

Он довольно слабый, но ощутимый и, что самое главное, имеет строго уникальную природу — нигде, кроме гелиосферной мантии, ЭПА с желаемыми характеристиками возникнуть не может.

Путь солнечного ветра от звезды до гелиосферной мантии занимает от двух до шести лет. Тщательно измерив активность Солнца и поток ENA, ученые сравнили эти два противоположно направленных потока частиц.

В результате впервые появилась возможность составить трехмерную карту границы гелиосферы — зная скорость движения материи и время, которое потребовалось ей, чтобы пройти весь путь, легко измерить пройденное расстояние.

Разрешающая способность метода, изобретенного американскими астрофизиками, пока не вызывает удивления. В направлении, противоположном движению межзвездной плазмы, граница гелиосферы определялась на расстоянии 120 астрономических единиц от Солнца.

Но с противоположной стороны Солнечной системы, где гелиосфера вытягивается за «хвост», граница не рассчитана. На карте показано, что он простирается на 350 астрономических единиц, но это предел космического сонара IBEX. Уточнить карту можно будет только дальнейшими наблюдениями.

Защитный пузырь гелиосферы

Наша домашняя звезда — Солнце — выбрасывает не только невероятное количество фотонов разной энергии, но и около миллиона тонн вещества. В основном это электроны, протоны (ядра водорода) и альфа-частицы (ядра гелия).

В совокупности они называются солнечным ветром. На Земле мы можем косвенно наблюдать его взаимодействие с атмосферой, когда видим полярные сияния.

Но в космосе этот поток частиц может пройти долгий путь, прежде чем столкнется с препятствием. Чаще всего солнечный ветер встречает на своем пути межзвездную плазму. Это происходит на расстоянии от 75 до 90 астрономических единиц от нашей звезды — эта область называется конечным шоком.

Здесь протоны, альфа-частицы и электроны, испускаемые Солнцем, замедляются с 400 километров в секунду до менее 100: движение солнечного ветра становится дозвуковым.

Скорость звука — это строгое физическое понятие, характеризующее скорость распространения упругих волн, и ее также можно вычислить для космического пространства. Из-за относительного обилия вещества, выбрасываемого Солнцем в гелиосферу, средняя скорость звука составляет около 100 километров в секунду. Точное значение зависит от активности звезды.

Когда материя резко снижает скорость со сверхзвуковой, происходит много интересных процессов. В случае гелиосферы гелиосферная мантия расположена за границей Конечной ударной волны (начинается в 80–100 астрономических единицах от Солнца).

Там плазма сжимается, начинается ее турбулентное движение и возникает сама ЭСА — электроны, потерявшие часть своей энергии, присоединяются к ядрам водорода или гелия.

Но гелиосфера на этом не заканчивается, ее внешняя граница — гелиопауза. Там скорость частиц, испускаемых Солнцем, наконец сравнивается с межзвездной плазмой, и они смешиваются.

Последний представляет собой тот же солнечный ветер, излучаемый только другими звездами. Именно ее нашли астрофизики с помощью зонда IBEX — в гелиопаузу поток ENA снова падает. Ученым удалось это сделать впервые, хотя и не со всех сторон Солнца.

Чтобы понять формирование и эволюцию планетных систем, ученым чрезвычайно важно изучать гелиосферу. Именно она защищает нас от большинства галактических лучей. Вероятно, именно благодаря наличию гелиосферы в принципе стало возможным существование развитой жизни на Земле.