На ръба, където свършва Слънчевата система

in Ларго / by / on 23 септември 2020 at 07:31 /
В Млечния път нашата система е с големината на зърно ориз, плуващо в средата на океана
Ако нямахме слънчевия вятър, който да ни защитава, едва ли щяхме да сме живи

Вояджър 1 и Вояджър 2

Тайнственият тъмен вакуум на междузвездното пространство най-накрая се разкрива от два безстрашни космически кораба, които са станали първите обекти, създадени от човека, напуснали нашата Слънчева система.

Далеч от защитната прегръдка на Слънцето, ръбът на нашата Слънчева система изглежда студено, празно и тъмно място. Зейналото пространство между нас и най-близките звезди дълго време се смяташе за необятен простор на нищото.

Доскоро човечеството можеше да надникне само отдалеч. Астрономите му обръщаха мимолетно внимание, предпочитайки вместо това да фокусират своите телескопи върху светещите маси на съседните ни звезди, галактики и мъглявини.

Но два космически кораба, построени и изстреляни през 70-те години на миналия век, през последните няколко години ни връщат първите погледи от този странен регион, който наричаме междузвездно пространство. Като първите изкуствени обекти, напуснали нашата Слънчева система, те се впускат в неизследвана територия на милиарди мили от дома. Нито един друг космически кораб не е пътувал толкова далеч.

Магнитните полета се борят и тласкат, и са свързани помежду си. Гледката, която може да си представите, е като  басейна под Ниагарския водопад

И те разкриха, че отвъд границите на нашата слънчева система се крие невидим регион на хаотична, разпенваща се дейност.

„Когато разглеждате различни части на електромагнитния спектър, тази област на пространството е много различна от чернотата, която възприемаме с очите си“, казва Микеле Банистър, астроном от университета в Кентърбъри в Крайстчърч, Нова Зеландия, който изследва пространството извън Слънчевата система. „Магнитните полета се борят и тласкат, и са свързани помежду си. Картината, която може да си представите, е като  басейна под Ниагарския водопад. “

Турбуленцията е резултат от слънчевия вятър – постоянен, мощен поток от заредени частици или плазма, разпръскваща се във всяка посока от Слънцето – тъй като се срива в коктейл от газ, прах и космически лъчи, които духат в междузвездната среда.

През последното столетие учените изграждат картина на това, от което е направена междузвездната среда, благодарение главно на наблюдения с радио- и рентгенови телескопи. Те разкриха, че тя е съставена от изключително дифузни йонизирани водородни атоми, прах и космически лъчи, осеяни с плътни молекулярни облаци газ, за ​​които се смята, че са родното място на нови звезди.

Но точното й естество извън нашата слънчева система до голяма степен е загадка, главно защото Слънцето, всичките осем планети и отдалечният диск от отломки, известен като пояс на Кайпер, създават гигантски защитен балон, образуван от слънчевия вятър, известен като хелиосфера. Докато Слънцето и заобикалящите го планети се мятат през галактиката, този балон се отблъсква от междузвездната среда като невидим щит, предпазващ от по-голямата част от вредните космически лъчи и друг материал. Размерът и формата на хелиосферния балон се променят, когато преминаваме през различни региони на междузвездната среда

Пътят на корабите „Вояджър 1“ и „Вояджър 2“

„Все едно си в дома си и искаш да знаеш как изглежда той. Трябва да излезете навън и да погледнете, за да кажете наистина “, казва Елена Проворникова, следдокторант в лабораторията по приложна физика на университета„ Джон Хопкинс “. „Единственият начин да добиете идея е да пътувате далеч от Слънцето, да погледнете назад и да направите изображение извън хелиосферата.“

Това не е проста задача. В сравнение с целия Млечен път нашата Слънчева система изглежда по-малка от оризово зърно, плаващо в средата на Тихия океан. И все пак външният ръб на хелиосферата все още е толкова отдалечен, че отнема повече от 40 години на космическите кораби „Вояджър 1“ и „Вояджър 2“ да достигнат до него.

Voyager 1, който пое по-директен път през Слънчевата система, изчезна в междузвездното пространство през 2012 г., преди Voyager 2 да се присъедини към него през 2018 г. В момента съответно на около 13 милиарда и 11 милиарда мили от Земята, те сега се отдалечават все повече в пространството отвъд нашата Слънчева система, изпращайки обратно повече данни.

Това, което тези две застаряващи сонди разкриха за границата между хелиосферата и междузвездната среда, даде нови улики за това как се е образувала нашата Слънчева система и как животът на Земята е станал възможен.

Размерът и формата на хелиосферния балон се променят, докато преминаваме през различни региони на междузвездната среда. Когато слънчевият вятър се издига или пада, той променя външния натиск върху балона.

През 2014 г. активността на Слънцето нарасна, изпращайки нещо, което представляваше ураган от слънчев вятър, който се изнесе в космоса. Взривът бързо премина през Меркурий и Венера с близо 800 км в секунда. След два дни и 150 милиона км той обгърна Земята. За щастие магнитното поле на нашата планета ни предпази от мощното му, увреждащо лъчение.

Поривът се блъсна в Марс ден по-късно и продължи през пояса на астероидите към далечните газови гиганти – Юпитер, Сатурн, Уран и след повече от два месеца, достигна Нептун, който обикаля на около 4,5 милиарда км (2,8 милиарда мили) от Слънцето.

Хелиосферата е неочаквано голяма, което предполага, че междузвездната среда в тази част на галактиката е по-малко плътна, отколкото хората са смятали

След повече от шест месеца вятърът най-накрая достигна точка на повече от 13 милиарда км от Слънцето, известна като „шок за прекратяване“. Тук магнитното поле на Слънцето, което задвижва слънчевия вятър, става достатъчно слабо, за да може междузвездната среда да натисне срещу него.

Ураганът на слънчевия вятър, движещ се накрая с по-малко от половината от предишната си скорост, се понижи до тропическа буря. След това в края на 2015 г. той изпревари неправилната форма на кораба Voyager 2, който е приблизително колкото малка кола. Плазменият скок е засечен от 40-годишните сензорни технологии на Voyager, задвижвани от бавно разпадаща се плутониева батерия.

Сондата излъчи данни обратно към Земята, която дори със скоростта на светлината отне 18 часа, за да стигне до нас. Астрономите биха могли да получат информацията на Voyager само благодарение на масивен набор от 70-метрови сателитни антени и усъвършенствани технологии, които не са били измислени, когато сондата напусна Земята през 1977 г.

Приливът на слънчев вятър достигна Войаджър 2, докато все още беше в нашата Слънчева система. Малко повече от година по-късно, последните издихания на умиращия вятър достигнаха до Вояджър 1, който премина през междузвездното пространство през 2012 година .

Различните маршрути, предприети от двете сонди, означават, че единият е на около 30 градуса над слънчевата равнина, а другият е със същите градуси, но отдолу. Слънчевият вятър избухна до тях в различни региони по различно време, което даде полезни улики за естеството на хелиопаузата.

Данните показват, че границата на турбуленцията е милиони километри дебела.

Хелиосферата също е неочаквано голяма, което предполага, че междузвездната среда в тази част на галактиката е по-малко плътна, отколкото хората са предполагали.

Слънцето пресича пътя през междузвездното пространство като лодка,

движеща се през вода, създавайки „лъкова вълна“ и разтягайки корда зад нея, вероятно с опашка (или опашки) във форми, подобни на тези на кометите. И двата Вояджъри излязоха през „носа“ на хелиосферата и така не предоставиха информация за опашката.

„ Изчисленията на „Вояджърите“ са, че хелиопаузата е с дебелина около една астрономическа единица (93 милиона мили, което е средното разстояние между Земята и Слънцето), казва Проворникова. „Това всъщност не е повърхност. Това е регион със сложни процеси. И ние не знаем какво става там. “

Част от междузвездната среда се превръща в слънчев вятър, всъщност увеличавайки външното изтласкване на балона

Слънчевите и междузвездните ветрове не само създават бурно влачене на въже в граничния регион, но изглежда, че частиците разменят зарядите и инерцията. В резултат на това част от междузвездната среда се превръща в слънчев вятър, всъщност увеличавайки външното изтласкване на балона.

И докато вълната от слънчев вятър може да предостави интересни данни, изглежда, че има изненадващо малък ефект върху общия размер и форма на балона. Изглежда, че това, което се случва извън хелиосферата, е много по-важно от това, което се случва вътре. Слънчевият вятър може да набъбне или да отслабне с времето, без това драстично да повлияе на балона. Но ако този балон се премести в район на галактиката с по-плътен или по-малко плътен междузвезден вятър, тогава той ще се свие или ще расте.

Но много въпроси остават без отговор, включително тези колко голям може да бъде нашият защитен балон на слънчевия вятър.

Проворникова казва, че по-голямото знание за собствената ни хелиосфера може да ни каже повече за това дали сме сами във Вселената.

„Това, което изучаваме в нашата собствена система, ще ни разкаже за условията за развитие на живота в други звездни системи“, казва тя.

Това е до голяма степен вярно, защото като задържа междузвездната среда, слънчевият вятър също така предотвратява животозастрашаваща бомбардировка на радиация и смъртоносни високоенергийни частици – като космически лъчи – от дълбокия космос. Космическите лъчи са протони и атомни ядра, които се движат в космоса със скорост близка до скоростта на светлината. Те могат да се генерират, когато звездите експлодират, когато галактиките се срутят в черни дупки и други катаклитични космически събития. Регионът извън нашата Слънчева система е гъст с постоянен дъжд от тези високоскоростни субатомни частици, който би бил достатъчно мощен, за да причини смъртоносно радиационно отравяне на по-малко защитена планета.

Гравитацията на нашата звезда – Слънцето, се простира далеч отвъд хелиосферата, задържайки отдалечена, рядка сфера от лед, прах и космически отломки, известна като облака на Оорт

„Вояджър категорично каза, че 90% от тази радиация се филтрира от Слънцето“, казва Джейми Ранкин, изследовател по хелиофизика от Принстънския университет и първият човек, който е написал докторска дисертация въз основа на междузвездните данни на Вояджърите. „Ако нямахме слънчевия вятър, който да ни защитава, не знам дали щяхме да сме живи.“

Три допълнителни сонди от НАСА скоро ще се присъединят към „Вояджърите“ в междузвездното пространство, въпреки че две вече са изтощени и спряха да връщат данни. За щастие, по-обширно наблюдение може да се направи по-близо до дома.

Международният изследовател на границите, изпратен от НАСА (Ibex) – малък спътник, който обикаля Земята от 2008 г., открива частици, наречени „енергийни неутрални атоми“, които преминават през междузвездната граница. Ibex създава триизмерни карти на взаимодействията, които се случват по целия край на хелиосферата.

„Можете да мислите за картите на Ibex като за„ доплеров радар “, а за„ Вояджърите “като за наземни метеорологични станции“, казва Ранкин. Тя е използвала данни от Voyagers, Ibex и други източници, за да анализира по-малки вълни на слънчевия вятър и в момента работи върху документ, базиран на много по-големия взрив, започнал през 2014 г. Доказателствата показват, че хелиосферата се е свивала, когато Voyager 1 премина границата, но отново се разширява, когато Voyager 2 я е пресякъл.

„Това е доста динамична граница“, казва тя. „Удивително е, че това откритие е заснето в 3D картите на Ibex, което ни позволи да проследим местните отговори от Voyagers едновременно.“

Ibex разкри колко динамична може да бъде границата. През първата си година той откри гигантска лента от енергийни атоми, които се промъкваха през границата, която се променяше с течение на времето, с характеристики, които се появяваха и изчезваха за кратко като шест месеца. Лентата се оказва област в носа на хелиосферата, където частиците на слънчевия вятър отскачат от галактическото магнитно поле и се отразяват обратно в Слънчевата система.

Но има и обрат в историята на Voyager. Въпреки че са напуснали хелиосферата, те все още са в обсега на много от другите влияния на нашето Слънце. Слънчевата светлина например би била видима с просто човешко око от други звезди. Гравитацията на нашата звезда също се простира далеч отвъд хелиосферата, задържайки отдалечената, оскъдна сфера от лед, прах и космически отломки, известна като облака на Оорт.

Обектите на Oort все още обикалят около Слънцето, въпреки че се носят далеч в междузвездното пространство. Докато някои комети имат орбити, които достигат чак до облака на Оорт, регион от 186-930 милиарда мили (300-1 500 милиарда км) обикновено се счита за твърде отдалечен, за да изпращаме собствени сонди.

Тези отдалечени обекти едва са се променили от началото на Слънчевата система и могат да съдържат ключове за всичко – от това как се формират планетите до вероятността животът да възникне в нашата Вселена. И с всяка вълна от нови данни също се появяват нови загадки и въпроси.

Проворникова казва, че може да има одеяло от водород, покриващо част или цялата хелиосфера, чиито ефекти тепърва ще бъдат декодирани. В допълнение, изглежда, че хелиосферата се превръща в междузвезден облак от частици и прах, останал от древни космически събития, чиито ефекти върху границата – и върху тези от нас, които живеем в хелиосферата – не са предвидими.

Каквото и да се случи, безстрашните сонди „Вояджър“ ще бъдат авангардът на нашата Слънчева система, разкривайки още повече за тази странна и неизследвана територия, докато плуваме напред през космоса.

 

Tags: , ,

Leave a Comment