Обнаружены необъяснимые структуры на границе с межзвездным пространством
Гелиосфера
Гелиосфера - это ворота в межзвездное пространство, и это очень странное место, которое мы только начинаем понимать.
Ученые обнаружили странную рябь и необъяснимые структуры на границе между нашей Солнечной системой и огромными просторами межзвездного пространства за ее пределами, сообщается в новом исследовании.
Результаты показывают, что граница гелиосферы - защитного пузыря, созданного Солнцем и окутывающего Солнечную систему, - смещается таким образом, что "является интригующим и потенциально противоречивым", говорится в исследовании.
Гелиосфера простирается примерно на 11 миллиардов километров в космос, что более чем в два раза превышает орбиту Плутона, и формируется потоком заряженных частиц, испускаемых Солнцем и называемых солнечным ветром. Край этой структуры отмечен областью, называемой гелиопаузой, где солнечный ветер уступает место силам межзвездной среды. Зонды НАСА "Вояджер-1" и "Вояджер-2", запущенные в 1977 году, пересекли эту границу в течение последнего десятилетия, став первыми человеческими объектами, вышедшими в межзвездное пространство.
Вояджеры продолжают посылать сообщения из-за пределов гелиосферы, но они могут сообщать только об условиях в конкретных точках. Ученые научились наносить на карту некоторые более широкие контуры гелиопаузы путем поиска выбросов энергичных нейтральных атомов (ЭНА), которые образуются при взаимодействии солнечного и межзвездного ветров, но большая часть этой переходной области все еще окутана тайной.
Теперь ученые под руководством Эрика Зирнштейна, научного сотрудника по космической физике Принстонского университета, выявили новые любопытные подробности об этой зоне, которые стали известны благодаря многомесячному скачку динамического давления солнечного ветра, произошедшему в 2014 году. Спутник НАСА под названием Interstellar Boundary Explorer (IBEX) зафиксировал резкое усиление яркости ENAs после этого фронта давления, что выявило движение гелиопаузы и "значительные асимметрии" в структуре гелиосферы, которые противоречат моделям, говорится в исследовании, опубликованном в журнале Nature Astronomy и могут вызвать споры.
В начале 2017 года мы заметили усиление выбросов энергичных нейтральных атомов (ENA) в данных IBEX, исходящих из небольшой части неба, расположенной примерно на 20 градусов ниже "носа" гелиосферы", - сообщил Зирнштейн в электронном письме. "Это усиление сначала проявилось при самых высоких энергиях ENA, которые мы могли наблюдать".
"Затем со временем область выбросов становилась все больше и больше по всему небу и начала появляться при более низких энергиях ENA", - продолжил он. "Мы знали, что это должно быть реакцией на значительное изменение давления солнечного ветра, которое является ключевым фактором в определении эмиссии ЭНК с краев гелиосферы. Тот факт, что первоначальное пятно яркости не было сосредоточено на "носу", а расширялось асимметрично по небу, побудил исследователей изучить это поведение, чтобы узнать причину".
Изучая наблюдения IBEX, исследователи поняли, что поверхность гелиосферы искажена огромной рябью, которая появляется под неожиданно косым (или наклонным) углом. Пространственные вариации в этих структурах могут достигать десяти астрономических единиц (AU), где одна AU - это расстояние между Землей и Солнцем.
"Мы были весьма удивлены тем, насколько косыми являются поверхности, где самые близкие точки наклонены на ~30 градусов ниже носа, в отличие от большинства известных моделей гелиосферы", - сказал Зирнштейн. "Удивительными оказались и структуры пульсаций, поскольку, сделав все возможное для учета потенциальных неопределенностей в анализе, мы обнаружили, что эти пульсации статистически значимы. Но если посмотреть назад, то, учитывая, насколько динамичен солнечный ветер, это, вероятно, не должно было удивлять, но посмотреть на это было интересно".
По словам Зирнштейна, точные механизмы, вызывающие некоторые из этих интригующих наблюдений, неизвестны.
"Похоже, что для этой асимметрии не хватает движущей силы, которая связана с солнечным ветром и его взаимодействием с межзвездной средой", - отметил он. "Другие звездные системы с астросферами могут иметь схожую асимметрию, но все зависит от свойств самой звезды и межзвездной среды вокруг нее".
В дополнение к обнаружению этих искажений у ворот в межзвездное пространство, команда смогла реконструировать "существенные различия в границах гелиосферы" за последние годы, говорится в исследовании. Это конкретное открытие проливает новый свет на путешествие "Вояджеров" через гелиосферный конечный удар (HTS), который является точкой, где солнечный ветер начинает замедляться, а затем через гелиопаузу.
"Космические аппараты "Вояджер" обеспечивают единственное прямое, in situ измерение местоположения этих границ. Но только в одной точке пространства и времени", - сказал Зирнштейн. Поэтому сравнение наших результатов, которые были получены в другое время солнечного цикла, нежели когда "Вояджер-1" или "Вояджер-2" пересекали эти границы, усложняется". Расположение поверхности HTS хорошо сопоставляется с данными "Вояджера 1 и 2", но больше всего удивила поверхность [гелиопаузы]".
"Вояджер-1" пересек гелиопаузу в 2012 году на расстоянии 121,6 AU от Солнца, а "Вояджер-2" - в 2018 году на расстоянии 119 AU. Зирнштейн и его коллеги обнаружили, что за этот период времени поверхность гелиопаузы фактически сместилась на десятки астрономических единиц. Например, после того как "Вояджер-1" пересек эту границу, гелиопауза расширялась в течение нескольких лет, как будто преследуя его, хотя граница больше не обгоняла зонд. В отличие от него, "Вояджер-2", возможно, находился внутри расширяющейся гелиопаузы в течение нескольких лет, как серфингист на пороге волны, прежде чем в конце концов вышел в межзвездное пространство.
"Вояджер 2" пересек ГП в конце 2018 года на расстоянии 119 au от Солнца, а наш анализ дал расстояние 103 +/- 8 au в середине 2016 года, что гораздо ближе к Солнцу", - пояснил Зирнштейн. Однако мы знаем, что "Вояджер-2" в середине 2016 года все еще находился внутри гелиопаузы и был довольно близок к полученному нами расстоянию (в пределах неопределенности анализа). Это означает, что "Вояджер-2" был близок к гелиопаузе в середине 2016 года, но только внутри нее, а затем гелиопауза, должно быть, двигалась наружу в течение нескольких лет, прежде чем космический аппарат в конце концов пересек ее в конце 2018 года".
"Оба эти наблюдения, похоже, подразумевают значительное движение поверхности гелиопаузы с течением времени, а также то, насколько потенциально близко "Вояджеры" были к гелиопаузе в разное время", - добавил он.
Другими словами, свечение ENAs у этого мутного входа в широкую галактику обнажило смещающиеся границы гелиосферы и высветило странные структуры, для объяснения которых требуются дополнительные наблюдения и моделирование. Учитывая, что мы живем внутри этой гелиосферы, которая защищает нашу Солнечную систему от вредного космического излучения, важно определить ее контуры и понять сложные силы, которые ее формируют. С этой целью Зирнштейн и его коллеги планируют продолжить исследование этой области космоса с помощью IBEX и других миссий.
"Следующие шаги будут двоякими", - сказал Зирнштейн, - "Во-первых, мы хотели бы лучше понять существование этого наклона и пульсаций, что, вероятно, потребует сравнения с динамическими моделями гелиосферы с высоким разрешением. Вполне вероятно, что благодаря этим новым результатам сообщество исследователей внешней гелиосферы будет мотивировано улучшить свои моделирования в различных аспектах, чтобы попытаться понять источник этих наблюдений".
"Другой шаг - это ожидание другого, большого изменения давления солнечного ветра, подобного тому, что произошло в конце 2014 года", - заключил он. "Похоже, что такое событие может происходить по крайней мере один раз за солнечный цикл, поэтому через несколько лет у нас может быть еще одно событие, которое мы сможем использовать для "визуализации" поверхностей HTS и HP. Это также может совпасть с запуском в 2025 году зонда НАСА для межзвездного картирования и ускорения (IMAP), который обеспечит более высокое разрешение наблюдений ENAs по сравнению с IBEX, и еще лучшие снимки гелиосферы для нас".
Источник