Використовуючи дані космічного апарата Interstellar Boundary Explorer (IBEX), зібрані за повний сонячний цикл з 2009 по 2019 роки, астрономи побудували тривимірну мапу геліосфери. Про це вони пишуть у журналі Astrophysical Journal. Виявилося, що найкоротша відстань до геліопаузи становить 110–120 астрономічних одиниць, а у напрямку хвоста геліосфера простягається принаймні на 350 астрономічних одиниць.
Геліопауза виділена блакитним кольором, межа ударної хвилі зеленим, а Сонце представлене жовтою крапкою в центрі координатних осей. Одиниці вимірювання осі є астрономічними одиницями. Червоний конус представляє напрямок віддаленого міжзоряного магнітного поля на відстані 1000 астрономічних одиниць. Daniel B. Reisenfeld et al.
Що відомо про геліосферу?
Геліосфера — це великий регіон навколо Сонця, створений сонячним вітром. За формою він нагадує комету: майже сферичний на одному кінці, а на зворотньому витягнутий. Так сталося через взаємодію сонячного вітру з міжзоряним простором та через рух Сонячної системи у Чумацькому Шляху. Перше розуміння масштабів цього регіону астрономи отримали, коли «Вояджер-1» у 2004 році на відстані 94 астрономічних одиниць від Сонця перетнув межу ударної хвилі (termination shock). У 2008 році цю межу здолав і «Вояджер-2». Апарати продовжили вивчати розміри геліосфери та врешті решт досгяли геліопаузи — межи, де тиск сонячного вітру та міжзоряної середи врівноважується. «Вояджер-1» зробив це у 2012 році на відстані 122 астрономічних одиниць, а «Вояджер-2» у 2018 на відстані 119 астрономічних одиниць. Таким чином, прямі вимірювання геліосфери відбувалися лише вздовж двох траєкторії космічних кораблів у конкретні часові проміжки. У 2008 році розпочав роботу Interstellar Boundary Explorer (IBEX), який фіксує нейтральні атоми з високою енергією із зовнішньої частини геліосфери, розташованої між межею ударної хвилі та геліопаузою (heliosheath). Завдяки йому стало можливим оцінити розміри геліосфери віддалено. Виявилося, що зміни потоку частинок, які фіксує апарат, пов'язані з сонячним циклом і довгостроковими змінами сонячного вітру.
NASA, Goddard, Walt Feimer / NASA
Яке дослідження провели астрономи?
Визначаючи затримку в часі між збуренням тиску сонячного вітру, що спостерігаються на відстані однієї астрономічної одиниці (відстань між Землею і Сонцем), та відповідними змінами у потоці нейтральних атомів, можна визначити відстань до джерела цих частинок у межах геліосфери. Дослідники назвали цю техніку зондуванням, за прямою аналогією з підводними гідролокаторами, а затримку в часі назвали простежуванням. Нова робота використовує цей метод, але застосовує його до повної площини неба, щоб зафіксувати глобальну форму геліосфери і вперше створити емпіричну тривимірну мапу геліосфери. Науковці звернулися до даних IBEX, зібраних за повний сонячний цикл з 2009 по 2019 роки. За цей час апарат створив 22 мапи неба, які збиралися послідовно у 6-місячні інтервали. Таким чином, у будь-якому напрямку можна співвіднести потік нейтральних атомів за часом з динамічним тиском сонячного вітру, використовуючи часовий ряд із 22 точок.
Про що вони дізналися?
Дослідники створили тривимірні мапи геліосфери та проаналізували їх, щоб виявити особливості цього регіону. Виявилося, що отримана форма геліопаузи не залежить від моделі межі ударної хвилі. Вона стискається на південь від передньої частини геліосфери, має чіткий хвіст і відхиляється трохи на південь від напрямку потоків міжзоряного середовища. Це відповідає очікуванням щодо формування геліосфери під впливом міжзоряного середовища напрямку та напрямку місцевого міжзоряного магнітного поля. При порівнянні з теоретичними моделями, отримана за допомогою даних IBEX форма дійсно найбільш відповідає «кометі». Передбачувана нижня межа зворотньої витягнутої частини геліосфери становить 380 астрономічних одиниць. Найкоротша відстань до геліопаузи складає 110–120 астрономічних одиниць.