Aký tvar má heliosféra?
Marcel Škreka - 2020-11-06

Nový model heliosféry znázorňuje oblasť dominancie slnečného vetra (žltá) ako vyfúknutý croissant namiesto kometárneho tvaru navrhnutého inými vedcami. Kredit: Opher, et al

Vedci vyvinuli nový model predpovedajúci tvar bubliny, ktorá obklopuje slnečnú sústavu. K jeho získaniu použili údaje z rôznych sond.


Celá slnečná sústava je uzavretá v magnetickej bubline vytvarovanej konštantným tokom častíc prúdiacich zo Slnka – slnečným vetrom. Mimo tejto bubliny sa nachádza medzihviezdna látka – ionizovaný plyn a magnetické pole vypĺňajúce priestor medzi hviezdami. Jednou z otázok, na ktoré vedci roky hľadali odpoveď je, aký má táto bublina tvar. Vedci predpokladali, že bude mať kometárny tvar: na čelnej strane oblý prechádzajúci do chvosta.


Teraz však vedci prišli s novým tvarom bez chvosta, ktorý pripomína vyfúknutý croissant.


Tvar heliosféry sa ťažko určuje zvnútra. Jej najbližší okraj je vzdialený viac ako 100AU (1AU = vzdialenosť Zem-Slnko). Túto oblasť skúmali priamo len sondy Voyager, aj to len pozdĺž svojej dráhy. Poskytli teda údaje len o dvoch bodoch na celej heliosfére.


V blízkosti Zeme skúmame hranicu medzihviezdneho priestoru zachytávaním a pozorovaním častíc letiacich k Zemi. Patria medzi ne nabité častice prichádzajúce zo vzdialených končín Galaxie nazývané galaktické kozmické žiarenie. Druhými sú tie, ktoré už boli v slnečnej sústave a cestujú von k heliopauze, len boli zložitým systémom elektromagnetických procesov odklonené späť k Zemi. Tieto nazývame energetické neutrálne atómy a pretože vznikajú pri interakcii s medzihviezdnou látkou, fungujú ako použiteľný materiál k mapovaniu okraja heliosféry. Takto skúmala heliosféru sonda IBEX. Používala tieto častice ako druh radaru na sledovanie hranice slnečnej sústavy a medzihviezdneho priestoru.


Aby tieto komplexné dáta dávali zmysel, vložili ich vedci do počítačového modelu, ktorý im umožnil predpovedať vlastnosti heliosféry.


K výpočtu boli použité údaje z rôznych misií NASA. Na sonde Cassini bol prístroj určený k výskumu častíc uväznených v magnetickom poli Saturnu, ktorý tiež sledoval častice odklonené späť do vnútornej časti slnečnej sústavy. Tieto merania sú podobné ako robila sonda Ibex, ale poskytujú na hranicu heliosféry pohľad z iného uhla. Misia New horizons poskytla údaje o iónoch pohybujúcich sa pozdĺž magnetických siločiar slnečného vetra. Pretože majú iný pôvod ako častice slnečného vetra, sú tieto ióny oveľa teplejšie, a práve na tomto fakte sa zakladá práca vedcov.


Môžme si to predstaviť ako tekutinu pozostávajúcu z dvoch rôznych zložiek. Jednej veľmi studenej a druhej omnoho teplejšej. Tieto dve látky sa medzi sebou nepremiešavajú. Vedci oddelili tieto dve zložky slnečného vetra, čo im umožnilo zhotoviť 3D model tvaru heliosféry.


Skombinovaním s predchádzajúcou prácou vedcov a začlenením magnetického pola Slnka ako dominantnej sily tvarujúcej heliosféru, vznikol dutý tvar kroasantu s dvoma výtriskami krútiacimi sa smerom od centrálnej oválnej časti heliosféry. Zjavné je, že na tomto modele chýba dlhý chvost predpovedaný mnohými vedcami.


Pretože termodynamike dominujú horúce ióny, všetko je značne sférické. Ale pretože opúšťajú systém veľmi rýchlo za rázovou vlnou, celá heliosféra sa vyfúkne.


Tvar heliosféry je viac ako akademickou kuriozitou: je našim štítom proti zvyšku Galaxie.


Energetické udalosti na iných hviezdach, ako napr. výbuch supernovy, dokážu urýchliť častice takmer na rýchlosť svetla. Tieto častice vystreľujú do všetkých smerov. Heliosféra dokáže absorbovať 75% týchto vysokoenergetických častíc. Ostatné, ktoré sa dostanú cez, môžu spôsobiť katastrofu. Na Zemi sme chránený magnetickým poľom Zeme a atmosférou, ale na obežnej dráhe okolo Zeme tomu tak nie je. Elektronika aj ľudské bunky môžu byť galaktickým kozmickým žiarením ľahko poškodené. Heliosféra je hlavnou obranou voči galaktickému kozmickému žiareniu, takže poznanie jej tvaru a iných vlastností, je kľúčovým pre plánovanie dlhodobejších kozmických letov, či už s posádkou, alebo bez nej. 


Tvar heliosféry je tiež dôležitým faktorom pri hľadaní života na iných planétach. Nebezpečné žiarenie môže zničiť, alebo zabrániť vzniku života na planéte.


Nech je už skutočný tvar heliosféry akýkoľvek, nasledujúca misia NASA Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) túto otázku určite vyrieši. 


Štart IMAP je plánovaný na rok 2024. Bude Skúmať častice odklonené z hraníc heliosféry späť k Zemi. Bude stavať na poznatkoch získaných sondou IBEX, skúmať povahu heliosféry, medzihviezdneho priestoru a ako sa galaktické kozmické žiarenie dostáva do vnútra slnečnej sústavy.