Heliosfera, czyli ochronny „bąbel” cząstek i pól magnetycznych wytwarzanych przez nasze Słońce, roztacza się na obszar sięgający dwukrotnie dalej niż orbita Plutona. Ale pomimo swojej nazwy, w rzeczywistości nie jest kulą. Astrofizycy przez lata porównywali jej kształt do komety, z okrągłym „nosem” po jednej stronie i długim ogonem rozciągającym się w przeciwnym kierunku. Jednak nowe badania sugerują, że ma inny kształt - przypomina zarówno rogalik, jak i kulę.
Każda planeta w naszym Układzie Słonecznym, w tym i Ziemia, jest otoczona ochronnym „płaszczem” wytwarzanym przez nasze Słońce - heliosferą. To rodzaj magnetycznego „bąbla”. Ten „bąbel” materii nieustannie wyrzucanej przez Słońce chroni obiekty w Układzie Słonecznym przed szkodliwym promieniowaniem kosmicznym blokując wysokoenergetyczne cząstki, które powstały w przestrzeni międzygwiezdnej.
Naukowcy od lat starają się ustalić granice heliosfery i jej kształt. Przez całe late uczeni uważali, że przypomina ona kometę, z zaokrąglonym nosem na jednym końcu i ogonem na drugim. Tak to zwykle jest przedstawiane w podręcznikach, ale w ostatnich latach zaproponowano dwa inne kształty, które obecnie wydają się bardziej prawdopodobne.
W 2015 roku, korzystając z nowego modelu komputerowego i danych ze statku kosmicznego Voyager 1, profesor Merav Opher z Boston University's Center for Space Physics i James Drake z University of Maryland zaproponowali inny kształt heliosfery. Twierdzili wówczas, że ma ona kształt półksiężyca, jak świeżo upieczony rogalik. W tym modelu od „nosa” rozciągają się dwa strumienie promieniowania z przestrzeni komicznej, a nie jeden ogon, jak u komety. - To zapoczątkowało rozmowę o strukturze heliosfery - przyznała Opher.
Dwa lata później odczyty ze statku kosmicznego Cassini, który krążył wokół Saturna w latach 2004-2017, zasugerowały jeszcze inną wizję heliosfery. Na podstawie tych danych uczeni doszli do wniosku, że heliosfera jest w rzeczywistości prawie okrągła i symetryczna – nie przypomina ani komety, ani rogalika, ale bardziej nieco sflaczałą piłkę plażową.
- Cała społeczność naukowa działająca w tym obszarze przez ponad 55 lat zakładała, że heliosfera ma ogon, jak u komety. Dlatego nie przyszło łatwo zaakceptowanie takich zmian – powiedział Tom Krimigis, który analizował dane z sondy Cassini i Voyagera.
Teraz Opher, Drake, Avi Loeb z Harvard University i Gabor Toth z University of Michigan opracowali nowy, trójwymiarowy model heliosfery, który może pogodzić koncepcję rogalika z piłką plażową. Ich praca została opublikowana w „Nature Astronomy”. Zgodnie z nią, heliosfera może mieć kształt zarówno piłki plażowej, jak i bulwiastego rogalika, zależy to tylko od tego, gdzie i jak zdefiniuje się jej granicę.
W przeciwieństwie do większości poprzednich modeli, które zakładały, że naładowane cząstki w Układzie Słonecznym mają taką samą temperaturę, w nowym uczeni podzielili naładowane cząstki na dwie grupy: cząstki wiatru słonecznego i neutralne cząstki, które dostały się do Układu Słonecznego w postaci elektrycznie neutralnej, dlatego przeszły przez barierę pola magnetycznego.
Sonda New Horizons, która obecnie bada przestrzeń poza Plutonem, ujawniła, że cząstki nadlatujące z przestrzeni kosmicznej mają setki lub nawet tysiące razy wyższą temperaturę niż cząstki wiatru słonecznego. Ale dopiero modelując temperaturę, gęstość i prędkość dwóch grup cząstek oddzielnie, naukowcy odkryli ich ogromny wpływ na kształt heliosfery.
Nowy model pokazuje heliosferę zupełnie inaczej niż klasyczny model kometowy. Jest też inny niż model rogalika oraz model piłki plażowej, ale zawiera elementy obu z nich, w zależności od tego, jak dokładnie zdefiniuje się krawędź heliosfery.
Autorzy publikacji porównali to do przekształcenia zdjęcia w czarno-białe: ostateczny obraz zależy w dużej mierze od tego, który odcień szarości wybierze się jako linię podziału między czernią a bielą. Innymi słowy, w zależności od tego, gdzie zdefiniuje się granicę heliosfery, może ona wyglądać jak wypaczona kula, czy jak nie do końca napompowana piłka plażowa lub półksiężyc, czy rogalik, co naukowcy próbowali pokazać na przygotowanej grafice (na początku tekstu).
Po co martwić się kształtem heliosfery? Naukowcy badający egzoplanety są żywo zainteresowani porównaniem naszej heliosfery z tymi wokół innych gwiazd. Nic nie wiemy na temat tego, czy wiatr słoneczny i heliosfera mogą przyczyniać się do powstania życia.
Naukowcy wciąż pracują nad tym, co dokładnie oznacza dla życia na Ziemi ochronny „bąbel” Słońca. Z pewnością chroni nas przed cząsteczkami z przestrzeni międzygwiezdnej, które mogłyby uszkodzić nasze DNA. Ale jak przyznał Loeb, cząstki te mogą też być dobre dla życia. - Jeśli jest ich odpowiednia ilość, mogą wprowadzać zmiany, mutacje, które umożliwiają ewolucję organizmów, dzięki czemu stają się one bardziej złożone. To od dawki zależy, czy coś jest trucizną. W życiu ważna jest delikatna równowaga, zbyt wiele dobrego także może zaszkodzić – zaznaczył Loeb.
- Jeśli chcemy zrozumieć nasze środowisko, trzeba rozumieć całą heliosferę - dodał Loeb. Jednak do tego trzeba znacznie więcej danych. Chociaż powoli uczeni zaczynają godzić swoje modele, wciąż są one ograniczone tym, jak mało wiemy o samej heliosferze. Poza dwoma statkami kosmicznymi Voyager wystrzelonymi ponad cztery dekady temu, żaden inny pojazd nie przekroczył tej granicy. A te dwa pojazdy, które ją przekroczyły, nie mają odpowiednich instrumentów badawczych i wkrótce przestaną działać.
Źródło: Boston University, fot. Merav Opher, et. al
