Пузырь из солнечного ветра. Ученые впервые нанесли на карту границу гелиосферы Солнца

“В течение многих лет эта граница была только в теории в физических моделях", — говорит Дэн Рейзенфельд, ученый из Лос-Аламосской национальной лаборатории, сообщает Phys.org "Но впервые мы смогли измерить ее и составить трехмерную карту".

Гелиосфера — это пузырь, созданный солнечным ветром, потоком в основном из протонов, электронов и альфа-частиц, который распространяется от Солнца в межзвездное пространство и защищает Землю от вредного межзвездного излучения.

Райзенфельд и группа других ученых использовали данные спутника NASA Interstellar Boundary Explorer (IBEX), который обнаруживает частицы, исходящие из гелиооболочки, пограничного слоя между Солнечной системой и межзвездным пространством. Ученым удалось нанести на карту край этой зоны — регион, который называется гелиопауза. Здесь солнечный ветер, который устремляется в межзвездное пространство, сталкивается с межзвездным ветром, который направляется к Солнцу.

Для проведения измерений ученые использовали метод ультразвукового локатора, так же как это делают летучие мыши.

"Так же, как летучие мыши излучают импульсы сонара во всех направлениях и используют обратный сигнал для создания мысленной карты своего окружения, мы использовали солнечный ветер, который исходит во всех направлениях, для создания карты гелиосферы", — говорит Рейзенфельд.

Для этого ученые использовали измерения энергичных нейтральных атомов (ENA) спутником IBEX. Эти атомы являются результатом столкновений между частицами солнечного ветра и частицами межзвездного ветра. Интенсивность этого сигнала зависит от интенсивности солнечного ветра, ударяющего по гелиооболочке. Когда волна попадает в оболочку, счетчик ENA фиксирует это, и IBEX может ее обнаружить.

"Сигнал солнечного ветра, посылаемый Солнцем, различается по силе, образуя уникальную схему", — говорит Рейзенфельд. "IBEX увидит ту же картину в возвращающемся сигнале ENA через два-шесть лет, в зависимости от энергии ENA и направления, в котором IBEX смотрит через гелиосферу. Эта разница во времени — это то, как мы нашли расстояние до области источника ENA в определенном направлении".

Затем ученые применили этот метод для построения трехмерной карты с использованием данных, собранных за полный солнечный цикл с 2009 по 2019 год.

"Мы можем видеть границу гелиосферы так же, как летучая мышь использует сонар, чтобы "видеть" стены пещеры", — говорят ученые.

Причина, по которой сигнал возвращается на IBEX так долго, заключается в огромных расстояниях. Расстояния в солнечной системе измеряются в астрономических единицах (а.е.), где 1 а.е. — это расстояние от Земли до Солнца. Карта Рейзенфельда показывает, что минимальное расстояние от Солнца до гелиопаузы составляет около 120 а.е. в направлении, обращенном к межзвездному ветру, а в противоположном направлении оно составляет 350 а.е., что является пределом расстояния для метода зондирования. Для справки, диаметр орбиты Нептуна составляет около 60 а.е.