By Сонце зігріває Землю, роблячи її придатною для проживання людей і тварин. Але це не все, що він робить, і він впливає на набагато більшу площу простору. Геліосфера, область простору, на яку впливає Сонце, більш ніж у сто разів перевищує відстань від Сонця до Землі.
Сонце — це зірка, яка постійно випромінює постійний потік плазми — іонізованого газу високої енергії — який називається сонячним вітром. Окрім постійного сонячного вітру, сонце також час від часу створює виверження плазми, які називаються корональними викидами маси, які можуть сприяти появі полярного сяйва, а також спалахи світла та енергії, які називаються спалахами.
Плазма, що відривається від Сонця, розширюється в просторі разом із магнітним полем Сонця. Разом вони утворюють геліосферу в навколишньому локальному міжзоряному середовищі — плазмі, нейтральних частинках і пилу, які заповнюють простір між зірками та їхніми відповідними астросферами. Такі геліофізики, як я, хочуть зрозуміти геліосферу та те, як вона взаємодіє з міжзоряним середовищем.
Вісім відомих планет Сонячної системи, пояс астероїдів між Марсом і Юпітером і пояс Койпера — смуга небесних об’єктів за межами Нептуна, яка включає планетоїд Плутон — усі вони знаходяться в геліосфері. Геліосфера настільки велика, що об’єкти в поясі Койпера обертаються ближче до Сонця, ніж до найближчої межі геліосфери.
Охорона геліосфери
Коли далекі зірки вибухають, вони викидають велику кількість радіації в міжзоряний простір у формі частинок високої енергії, відомих як космічні промені. Ці космічні промені можуть бути небезпечними для живих організмів і можуть пошкодити електронні пристрої та космічні кораблі.
Атмосфера Землі захищає життя на планеті від впливу космічного випромінювання, але ще до цього сама геліосфера діє як космічний щит від більшості міжзоряного випромінювання. Окрім космічного випромінювання, нейтральні частинки та пил постійно надходять у геліосферу з місцевого міжзоряного середовища. Ці частинки можуть впливати на простір навколо Землі і навіть змінювати шлях сонячного вітру, який досягає Землі.
Наднові та міжзоряне середовище, можливо, також вплинули на походження життя та еволюцію людей на Землі. Деякі дослідники передбачають, що мільйони років тому геліосфера вступила в контакт із холодною щільною хмарою частинок у міжзоряному середовищі, що спричинило стиснення геліосфери, піддаючи Землю впливу місцевого міжзоряного середовища.
Невідома форма
Але вчені насправді не знають, яка форма геліосфери. Форми моделей варіюються від сферичної до кометоподібної та круасаноподібної. Розміри цих прогнозів відрізняються в сотні до тисяч разів від відстані від Сонця до Землі. Проте вчені визначили напрямок, у якому рухається Сонце, як напрямок «носа», а протилежний напрямок — як напрямок «хвоста». Напрям носа має мати найкоротшу відстань до геліопаузи — межі між геліосферою та місцевим міжзоряним середовищем.
Жоден зонд ніколи не міг добре розглянути геліосферу ззовні або належним чином взяти зразки місцевого міжзоряного середовища. Це могло б розповісти вченим більше про форму геліосфери та її взаємодію з місцевим міжзоряним середовищем, космічним середовищем за межами геліосфери.
Перетин геліопаузи з Вояджером
У 1977 році NASA запустило місію «Вояджер»: два її космічні апарати пролетіли повз Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун у зовнішній Сонячній системі. Вчені визначили, що після спостереження за цими газовими гігантами зонди окремо перетнули геліопаузу та потрапили у міжзоряний простір у 2012 та 2018 роках відповідно.
Незважаючи на те, що «Вояджер-1» і «Вояджер-2» є єдиними зондами, які коли-небудь потенційно перетнули геліопаузу, вони значно перевищили запланований термін служби. Вони більше не можуть повертати необхідні дані, оскільки їхні прилади повільно виходять з ладу або вимикаються.
Ці космічні кораблі були розроблені для вивчення планет, а не міжзоряного середовища. Це означає, що вони не мають відповідних інструментів для проведення всіх вимірювань міжзоряного середовища чи геліосфери, які потрібні вченим. Саме тут може стати потенційна місія міжзоряного зонда. Зонд, призначений для польоту за межі геліопаузи, допоможе вченим зрозуміти геліосферу, спостерігаючи її ззовні.
Міжзоряний зонд
Оскільки геліосфера така велика, зонду знадобляться десятиліття, щоб досягти межі, навіть використовуючи гравітаційну допомогу від масивної планети, як Юпітер.
Космічний корабель «Вояджер» більше не зможе надавати дані з міжзоряного простору задовго до того, як міжзоряний зонд вийде з геліосфери. І коли зонд буде запущений, залежно від траєкторії, йому знадобиться близько 50 або більше років, щоб досягти міжзоряного середовища. Це означає, що чим довше NASA чекає на запуск зонда, тим довше вчені залишатимуться без місій, що працюють у зовнішній геліосфері чи місцевому міжзоряному середовищі.
NASA розглядає можливість розробки міжзоряного зонда. Цей зонд мав би проводити вимірювання плазми та магнітних полів у міжзоряному середовищі та знімати геліосферу ззовні. Щоб підготуватися, NASA попросило понад 1000 вчених надати інформацію про концепцію місії.
У початковому звіті рекомендовано, щоб зонд рухався по траєкторії, яка знаходиться приблизно на 45 градусів від напрямку носа геліосфери. Ця траєкторія повторить частину шляху «Вояджера», досягнувши при цьому деяких нових областей космосу. Таким чином, вчені могли вивчати нові регіони та повторно відвідати деякі частково відомі регіони космосу. Цей шлях дасть зонду лише частковий огляд геліосфери під кутом, і він не зможе побачити геліохвіст, про який вчені регіону знають найменше.
У геліохвісті вчені передбачають, що плазма, яка утворює геліосферу, змішується з плазмою, яка утворює міжзоряне середовище. Це відбувається через процес, званий магнітним перез’єднанням, який дозволяє зарядженим частинкам перетікати з локального міжзоряного середовища в геліосферу. Подібно до нейтральних частинок, які потрапляють через ніс, ці частинки впливають на космічне середовище в геліосфері.
Однак у цьому випадку частинки мають заряд і можуть взаємодіяти з сонячними та планетарними магнітними полями. Хоча ці взаємодії відбуваються на кордонах геліосфери, дуже далеко від Землі, вони впливають на склад внутрішньої частини геліосфери.
У новому дослідженні, опублікованому в Frontiers in Astronomy and Space Sciences, ми з колегами оцінили шість потенційних напрямків запуску, починаючи від носа до хвоста. Ми виявили, що траєкторія, що перетинає фланг геліосфери в напрямку хвоста, замість того, щоб виходити близько до носа, дасть найкращу перспективу на форму геліосфери.
Траєкторія в цьому напрямку дасть вченим унікальну можливість вивчити абсолютно нову область космосу в геліосфері. Коли зонд вийде з геліосфери в міжзоряний простір, він зможе побачити геліосферу ззовні під таким кутом, який дасть вченим більш детальне уявлення про її форму, особливо в спірній області хвоста. Зрештою, в якому б напрямку не запустився міжзоряний зонд, наука, яку він поверне, буде неоціненною і в буквальному сенсі астрономічної.
Comments