Ziemia i inne planety krążące wokół Słońca znajdują się w wielkim kokonie. Tworzy go wiatr słoneczny, czyli rozpędzony strumień naładowanych cząstek emitowanych bez przerwy przez naszą gwiazdę.
Cząstki te rozchodzą się we wszystkich kierunkach. Docierają aż do Pasa Kuipera, czyli poza orbitę Neptuna. Tam kończy się heliosfera, obszar oddziaływania naszej gwiazdy na ośrodek międzygwiazdowy.
Stopniowo, w miarę oddalania się od Słońca, prędkość wiatru słonecznego maleje. Miejsce, gdzie spada poniżej prędkości dźwięku, nazywa się szokiem końcowym. Później cząstki, wciąż zwalniając, lecą przez przestrzeń określaną jako płaszcz Układu Słonecznego. W końcu ciśnienie wiatru słonecznego robi się niższe niż ciśnienie docierających spoza układu wiatrów galaktycznych. W tym miejscu – zwanym fachowo heliopauzą – kończy się nasz kokon, heliosfera.
Jaki kształt ma heliosfera?
Sama nazwa bąbla, w jakim się znajdujemy, sugeruje, że ma on kształt kulisty, a jego granica stanowi gładką, jednolitą powierzchnię. Nie musi to być jednak prawda. Na to, że na granicy heliosfery mogą pojawiać się zmarszczki, wskazują dane gromadzone przez instrument NASA zwany Interstellar Boundary Explorer (IBEX).
IBEX to nieduży satelita wielkości zaledwie autobusowej opony. Okrąża Ziemię raz na dziewięć dni, rejestrując pewne specyficzne cząstki powstające w heliopauzie.
Na granicy heliosfery cząstki wiatru słonecznego zderzają się z wiatrami galaktycznymi. W wyniku tych zderzeń powstają tzw. elektrycznie neutralne atomy (ENA). Niektóre z nich odlatują w przestrzeń kosmiczną. Jednak inne mogą z dużymi prędkościami polecieć z powrotem w stronę Słońca. IBEX rejestruje ich pojawianie się, tym samym zbierając dane o heliopauzie.
Co się stało z heliosferą w 2014 r.?
W 2014 r., przez około sześć miesięcy, ciśnienie wiatru słonecznego wzrosło o połowę. Astrofizyk Eric Zirnstein z Uniwersytetu Princetown wraz z zespołem postanowił sprawdzić, jak wpłynęło to na kształt szoku końcowego i heliopauzy. Dane z IBEX wykazały, że w obu tych granicznych punktach pojawiły się potężne zmarszczki. Ich skala sięgała dziesiątek jednostek astronomicznych (jednostka astronomiczna – w skrócie au – określa średnią odległość Ziemi od Słońca, wynoszącą ok. 150 mln km).
Naukowcy przeprowadzili też symulacje tego, co mogło się wówczas dziać w płaszczu Układu Słonecznego. Ustalili, że zaburzenie ciśnienia słonecznego zaowocowało falami, które w 2015 r. przepływały przez płaszcz. Gdy fala dotarła do heliopauzy, zderzyła się z wiatrem galaktycznym. Doprowadziło to do pojawienia się dużej ilości elektrycznie neutralnych atomów, które poleciały stronę Słońca.
Jak daleko jest heliopauza?
Badania, opublikowane w czasopiśmie naukowym „Nature Astronomy”, wykazały też, że wielkość heliosfery dynamicznie się zmienia. Można to zbadać dzięki sondom Voyager, które znajdują się już poza heliosferą. W 2012 r. Voyager 1 przekroczył heliopauzę w odległości 122 au od Słońca. Cztery lata później, gdy zmierzono odległość do heliopauzy w stronę tej sondy, wynosiła ona 131 au. Z kolei Voyager 2 przekroczył granice heliosfery w 2018 r. Znajdowała się wówczas 119 au od Słońca.
Wyniki te wskazują, że kształt heliopauzy zmienia się i to bardzo. Dlaczego tak się dzieje? Na razie nie wiadomo.
Być może jednak odpowiedź poznamy już za kilka lat. W 2025 r. rozpocznie się misja sondy IMAP, której celem będzie badanie właściwości heliosfery. Jeden z instrumentów badawczych misji – fotometr GLOWS (to skrót od GLObal solar Wind Structure) – został zaprojektowany i jest w całości konstruowany przez inżynierów i naukowców z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk.
Źródła: Nature Astronomy, NASA, CBK PAN.
