Странни вълни са открити на ръба на Слънчевата система

Млечният път е дом на над 100 милиарда звезди. Нашата Слънчева система е затворена в „балон“, наречен хелиосфера, който ни отделя от останалата част от галактиката и ни предпазва от някои космически лъчи. Този защитен балон се създава от самото Слънце, което непрекъснато излъчва поток от заредени частици. Този слънчев вятър пътува далеч отвъд Нептун и дори отвъд пояса на Кайпер, отнасяйки със себе си част от слънчевото магнитно поле.

Хелиосферата е открита в края на 50-те години на ХХ век. Изучавайки я, учените научават повече за това как тя снижава радиационното въздействие върху астронавтите и космическите кораби и като цяло как звездите могат да влияят на съседните планети. Снабден с телескопи за наблюдение на външния ръб на хелиосферата, Interstellar Boundary Explorer (IBEX) улавя и анализира клас частици, наречени „енергийно неутрални атоми“ (или ENA), които се образуват там, където междузвездната среда и слънчевият вятър се срещат – в зона, наречена хелиопауза.

Граница, изследвана с помощта на потоци атоми

Всички основни планети на Слънчевата система се намират във вътрешния слой на хелиосферата, където частиците на слънчевия вятър са изключително бързи (скоростта им е около милион километра в час). Външната граница на този централен слой се нарича крайна ударна вълна; отвъд тази граница частиците започват да се забавят поради налягането на външната междузвездна среда. Слоят между крайната ударна вълна и хелиопаузата се нарича хелиообвивка.

Спътникът IBEX улавя ENA, които се образуват, когато слънчевият вятър се сблъска с междузвездния вятър; въпреки че повечето от тези атоми след това се катапултират в Дълбокия космос, някои от тях се връщат обратно в центъра на Слънчевата система (и по този начин биват уловени от IBEX). След отчитането на силата на слънчевия вятър тези частици може да се използват за картографиране на формата на границата – един вид космическа ехолокация. Предишните карти на хелиосферата се основаваха на дългосрочни измервания на еволюцията на налягането на слънчевия вятър и емисиите на ENA.

„Това изискваше пространствено и времево усредняване, което изглаждаше фините или динамичните особености на хелиосферата“, обясняват изследователите в списанието Nature Astronomy. Но в края на 2014 г. динамичното налягане на слънчевия вятър се увеличило с около 50% в рамките на шест месеца, причинявайки зависимо от времето и посоката увеличение на потоците атоми.

Илюстрация на реакциите на ENA във вътрешната хелиосфера на увеличеното налягане на глобалния слънчев вятър след 2014 г. Eric J. Zirnstein et al. / Nature Astronomy, 2022

Екип от учени, ръководен от астрофизика Ерик Цирнщайн от Принстънския университет, е използвал това събитие, за да получи по-подробна картина на формата на крайната ударна вълна и хелиопаузата. Данните, събрани от IBEX, разкрили огромни пулсиращи структури в мащаба на десетки астрономически единици. Използвайки симулации, екипът установил, че фронтът на налягането е достигнал крайната ударна вълна през 2015 г., изпращайки вълна на налягане през хелиосферата. Когато достигнала хелиопаузата, тази вълна отскочила назад към крайната ударна вълна, а след това се сблъскала с поток заредена плазма, който следвал фронта на налягането. Това предизвикало истинска буря на ENA в хелиообвивката.

Измерванията на екипа също показали значителна промяна в разстоянието до хелиопаузата. Сондата „Вояджър 1“ прекоси хелиопаузата през 2012 г. на разстояние 122 астрономически единици (AU). През 2016 г. екипът измерил, че разстоянието до хелиопаузата в посоката, която е пресякъл „Вояджър 1“, е около 131 AU, докато сондата се е намирала в междузвездното пространство.

Същото важи и за „Вояджър 2“: когато той пресякъл хелиопаузата през 2018 г., се е намирал на разстояние 119 AU. Но измерванията, проведени през 2015 г. в посока на „Вояджър 2“, оценили разстоянието до хелиопаузата на около 103 AU. Тези резултати свидетелстват, че формата на хелиопаузата се променя съществено, но учените все още не знаят защо.

През 2025 г. НАСА планира да изстреля сондата IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe). Камерите за ENA на този космически кораб ще имат по-висока резолюция и ще бъдат по-чувствителни от тези на IBEX.

„Изображенията от IMAP ще могат да създават пълни карти на небето на всеки шест месеца и частични карти на небето на всеки три месеца, което ще ни позволи да оценяваме количествено променливостта във външната хелиосфера с два пъти по-бързо, отколкото с IBEX“, казват изследователите. Според тях това трябва да помогне за разкриването на някои тайни, които все още обграждат този странен балон, който защитава нашата планетна система от Космоса.

ВИЖТЕ ОЩЕ: Къде е краят на Слънчевата система?