Przez ostatnie dziesięciolecia astronomowie przyjmowali, że bąbel gazu i pól magnetycznych, tworzących wokół naszego Układu Słonecznego heliosferę, przemieszcza się w przestrzeni kosmicznej wytwarzając trzy strefy graniczne. Według pierwotnych modeli na samym przodzie rozciągać się miała łukowa fala uderzeniowa. Najnowsze dane dostarczone przez amerykańską sondę IBEX wskazują jednak, iż tej ostatniej warstwy ochronnej nie posiadamy.
10 maja 2012 roku na witrynie Science Express pojawił się artykuł, w którym naukowcy dowodzą, że nasze dotychczasowe wyobrażenia o wyglądzie heliosfery są błędne. Wykorzystując istniejące modele komputerowe i dane uzyskane z należącej do amerykańskiej agencji kosmicznej NASA sondy IBEX, oraz posiłkując się dodatkowo informacjami zbieranymi przez sondy Voyager, które znajdują się obecnie w tzw. płaszczu heliosfery, naukowcy doszli do wniosku, że nasz Układ Słoneczny, a dokładniej cała heliosfera, porusza się zbyt wolno w słabym i wysoko zmagnetyzowanym lokalnym obszarze Drogi Mlecznej by utworzyć na przodzie łukową falę uderzeniową.
Eric Christian, specjalista naukowy misji IBEX w Centrum Lotów Kosmicznych Goddard NASA w Greenbelt (Maryland, USA), który również pracował przy misji Voyagerów, twierdzi: „IBEX dostarcza nam całościowego poglądu na cały badany rejon odległych rubieży Układu Słonecznego. W tym samym czasie sondy Voyager są tam na miejscu i dokonują pomiarów środowiska heliosfery. Wyniki z sond Voyager i IBEX dostarczają wielu ważnych faktów naukowych. Ostatnie pomiary IBEX mocno wskazują na to, że łukowa fala uderzeniowa nie istnieje.”
Od lat 80-tych ubiegłego wieku powszechnie uważano, że granice heliosfery składają się na trzy powłoki graniczne. Pierwsza, prawdopodobnie o kształcie sferycznym, to tzw. szok końcowy. W tym miejscu wiatr słoneczny spowalnia do prędkości poddźwiękowej, wynoszącej w przestrzeni kosmicznej około 100 km/s, i przemieszcza się dalej ku peryferiom heliosfery, zderzając się z materią międzygwiazdową. Druga powłoka – heliopauza, stanowi przestrzeń, w której ciśnienie cząstek wiatru słonecznego oraz cząstek wiatru międzygwiezdnego pozostaje w równowadze, tj. wiatr słoneczny zupełnie zatrzymuje się i zaczyna się przestrzeń międzygwiazdowa. Pomiędzy szokiem końcowym a heliopauzą znajduje się obszar nazywany płaszczem heliosfery.
Trzecią granicę, jak dotąd uważano, miała stanowić łukowa fala uderzeniowa. Wytwarzana miała być na skutek przedzierania się heliosfery w obrębie lokalnego obłoku Drogi Mlecznej. Podobny efekt tworzony jest w czasie lotu samolotu z prędkością naddźwiękową, który rozpycha powietrze znajdujące się przed nim. Po stronie zwróconej do Słońca od Ziemi także tworzy się taka fala uderzeniowa, obserwowana zresztą przy innych planetach czy gwiazdach. Nasze Słońce jednak takiej fali nie posiada.
Obydwie sondy Voyager potwierdziły istnienie pierwszej oraz dostarczyły dowodów na istnienie drugiej granicy heliosfery. Jednakże każda z sond rejestrowała inne dane podczas wędrówki na swoich trasach, biegnących w kierunku północnym (Voyager 1) i południowym (Voyager 2). Badały one różne regiony z różnych odległości względem Słońca, co pozwoliło wysunąć tezę, że w rzeczywistości heliosfera jest raczej spłaszczona i asymetryczna. Naukowcy twierdzą, że ta asymetria jest wywołana przez różne siły i kierunki pól magnetycznych wdzierających się od zewnątrz do heliosfery, tak samo jak ręką można odkształcić powierzchnię nadmuchanego balonika. To był pierwszy ślad wskazujący na to, że istnieje silne pole magnetyczne oddziałujące na obrzeża Układu Słonecznego. Niezależnie od tego, sonda IBEX spostrzegła tzw. wstęgę, tudzież pas, na krańcach heliosfery. Przypuszcza się, że wpływ na jej kształt ma to zewnętrzne pole magnetyczne. Na podstawie innych badań IBEX możliwe było obliczenie wielkości tego zewnętrznego pola magnetycznego. Wykazano, że siła tego pola mieści się w górnych zakresach początkowego jej przewidywania.
„Widzieliśmy liczne oznaki wskazujące na występowanie silnego oddziaływania magnetycznego w galaktycznym środowisku” – mówi Natan Schwadron, naukowiec z Uniwersytetu New Hampshire w Durham, jeden z autorów wspomnianego artykułu. „Pole magnetyczne wpływa na strukturę heliosfery, a jej granice same na siebie. To wszystko prowadzi do całkiem nowego paradygmatu.”
Wraz z rosnącą liczbą dowodów na występowanie intensywnego pola magnetycznego, IBEX dokonał pomiaru prędkości poruszania się heliosfery względem lokalnego obłoku. „Przeanalizowaliśmy dane z IBEXa z dwóch ostatnich lat. Wykazują one, że prędkość heliosfery – w odniesieniu do lokalnego obłoku materii – wynosi zaledwie 80 tys. km/h, a nie jak przypuszczano dotychczas, 95 tys. km/h” – tłumaczy David McComas z Instytutu Badawczego Southwest w San Antonio (Teksas, USA), który jest jednym z autorów wspomnianego artykułu, a zarazem głównym badaczem w misji IBEX. „Różnica ta może nie wydaje się duża, ale jednak przekłada się ona na mniejsze o 25% ciśnienie wywierane na granice heliosfery. To oznacza, że zachodzi tam zupełnie inna, dużo słabsza interakcja, niż sądzono dotychczas.”
Dochodząc do sedna, przywołajmy przykład samolotu, który porusza się zbyt wolno by wytworzyć wokół siebie grom dźwiękowy. Tak samo nasza heliosfera przemieszcza się ze zbyt małą prędkością by powstała łukowa fala uderzeniowa, biorąc pod uwagę gęstość i ciśnienie materii przez którą się przedziera.
Granice heliosfery znajdują się w odległości około 16 miliardów kilometrów od Ziemi, ale mimo to są one krytycznie istotne dla zrozumienia naszego miejsca we Wszechświecie. W rzeczywistości heliopauza jest swego rodzaju osłoną dla naszego Układu Słonecznego przed niebezpiecznym promieniowaniem z zewnątrz. Znając naturę tych granic, naukowcy będą mogli lepiej rozumieć propagację cząstek, posiadających wystarczająco dużą energię i prędkość, by przeniknąć do naszego środowiska.
Naukowcy wdrażają do swoich modeli fizycznych nowe dane, uzyskane na podstawie ostatnich odkryć. Oczekują jednocześnie na dalsze informacje przesyłane z sond IBEX i Voyager, które, jak mają nadzieję, będą przez kolejne lata dostarczać ważnych obserwacji. Sondy Voyager w najbliższym czasie opuszczą płaszcz heliosfery. Być może zweryfikowane wtedy zostaną obecnie przodujące teorie na temat natury heliosfery.
Polecamy również: IBEX: Otoczenie Układu Słonecznego inne niż sądziliśmy
(NASA)
