ΣΥΜΠΕΡΑΣΜΑΤΑ ΑΠΟ ΤΗΝ ΑΠΟΣΤΟΛΗ IBEX ΤΗΣ NASA

Ο ηλιακός άνεμος «φουσκώνει» την ηλιόσφαιρα σαν μπαλόνι

Τι συμβαίνει όταν ο ηλιακός άνεμος αρχίζει ξαφνικά να φυσάει πιο έντονα; Σύμφωνα με δύο πρόσφατες μελέτες, όταν συμβαίνει κάτι τέτοιο, τα όρια ολόκληρου του ηλιακού συστήματος εκτείνονται προς τα έξω και μια ανάλυση των σωματιδίων που ανακλώνται στα άκρα του μπορεί να αποκαλύψει το νέο του σχήμα.
Ως όριο της ηλιόσφαιρας ορίζεται η ηλιόπαυση, δηλαδή το όριο μέχρι το οποίο κυριαρχεί το μαγνητικό πεδίο του Ηλιου και η ροή προς τα έξω του ηλιακού ανέμου. Είναι η περιοχή όπου ο ηλιακός άνεμος συγκρούεται και πιέζει το διαστρικό μέσο.
Προς το τέλος του 2014 διαστημοσυσκευή της NASA ανίχνευσε μια σημαντική αλλαγή στον ηλιακό άνεμο. Για πρώτη φορά μέσα σε μια δεκαετία, η πίεση του ηλιακού ανέμου (συνδυασμένο μέτρο της ταχύτητας και της πυκνότητας των σωματιδίων που τον απαρτίζουν) είχε αυξηθεί κατά περίπου 50%, παραμένοντας στο επίπεδο αυτό επί αρκετά χρόνια. Δύο χρόνια αργότερα, ο IBEX (Εξερευνητής Διαστρικών Ορίων) ανίχνευσε τα πρώτα σημάδια των συνεπειών αυτής της αύξησης. Φορτισμένα σωματίδια ηλιακού ανέμου από την αύξηση πίεσης του 2014 είχαν φτάσει στα όρια της ηλιόσφαιρας, είχαν ουδετεροποιηθεί προσλαμβάνοντας ηλεκτρόνια και είχαν ανακλαστεί φτάνοντας πίσω έως τη Γη. Επιστρέφοντας είχαν να διηγηθούν μια ιστορία.

«Από 40 κύματα»

Στις δύο πρόσφατες δημοσιεύσεις τους, επιστήμονες χρησιμοποίησαν τα δεδομένα από τον IBEX, τροφοδοτώντας με αυτά πολύπλοκα μαθηματικά μοντέλα, ώστε να βγάλουν συμπεράσματα για το εξελισσόμενο σχήμα και τη δομή της ηλιόσφαιρας, της γιγαντιαίας «φυσαλίδας», που δημιουργείται από τον ηλιακό άνεμο, καθώς αυτός κινείται με υπερηχητική ταχύτητα απομακρυνόμενος από τον Ηλιο.
Το ταξίδι του ηλιακού ανέμου δεν είναι καθόλου ομαλό. Μέχρι να φτάσει στην ηλιόπαυση περνάει από διάφορα διακριτά στρώματα. Το πρώτο απ' αυτά είναι το «σοκ τερματισμού», δηλαδή η περιοχή της ηλιόσφαιρας όπου ο ηλιακός άνεμος πέφτει σε υποηχητικές ταχύτητες (ως προς τον Ηλιο). Πριν περάσει το σοκ τερματισμού, ο ηλιακός άνεμος εκτείνεται απότομα, σχεδόν ανεμπόδιστος από εξωτερικά υλικά. Εκεί, περίπου 15 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα μακριά μας προς κάθε κατεύθυνση, ο ηλιακός άνεμος επιβραδύνεται σημαντικά, συνεχίζοντας πια τη διαδρομή του πιο αργά, αλλά με αυξημένη θερμοκρασία.
Μετά το σοκ τερματισμού, τα σωματίδια του ηλιακού ανέμου εισέρχονται σε μια ενδιάμεση περιοχή, την ηλιοθήκη - το εξώτερο στρώμα της ηλιόσφαιρας όπου ο ηλιακός άνεμος κυριαρχεί ακόμα αλλά επιβραδύνεται από την πίεση του διαστρικού ανέμου. Ενώ το σοκ τερματισμού είναι σχεδόν σφαιρικό, η ηλιοθήκη μοιάζει περισσότερο με τόξο γύρω από τον Ηλιο, που είναι πιο κοντά του στην πλευρά που βρίσκεται στην κατεύθυνση προς την οποία κινείται ο Ηλιος και πιο μακριά στην αντίθετη κατεύθυνση.

Σχήματα πίσω από τους αριθμούς

Για να διερευνήσουν τη συσχέτιση του αυξημένου σήματος που άρχισε ο IBEX να καταγράφει το 2016, οι επιστήμονες έφτιαξαν μαθηματικό μοντέλο προσομοίωσης ολόκληρης της ηλιοθήκης, εισήγαγαν μια αύξηση της πίεσης του ηλιακού ανέμου και άφησαν το μοντέλο να «τρέξει» στους υπερυπολογιστές. Σύμφωνα με το αποτέλεσμα της προσομοίωσης, όταν ο εντονότερος ηλιακός άνεμος φτάσει στο σοκ τερματισμού, δημιουργεί ένα ωστικό κύμα. Το κύμα αυτό συνεχίζει να κινείται έως το τέλος της ηλιόσφαιρας και κατά ένα μέρος ανακλάται προς τα πίσω, αναγκάζοντας τα σωματίδια να συγκρουστούν με το πυκνότερο τώρα πια περιβάλλον της ηλιοθήκης, από την οποία είχαν περάσει νωρίτερα. Εκεί τα ιονισμένα άτομα και τα πρωτόνια προσλαμβάνουν ηλεκτρόνια και γίνονται ουδέτερα άτομα υψηλής ταχύτητας, τα οποία τελικά φτάνουν στην περιοχή της Γης και καταγράφονται από τον ανιχνευτή του IBEX.
Αλλά η προσομοίωση δεν σταμάτησε εκεί. Αποκάλυψε ότι η αύξηση πίεσης του ηλιακού ανέμου του 2014, θα συνεχίσει να φουσκώνει την ηλιόσφαιρα. Τρία χρόνια αργότερα, το 2017, το σοκ τερματισμού θα έπρεπε να έχει επεκταθεί κατά 7 αστρονομικές μονάδες, δηλαδή 7 φορές την απόσταση της Γης από τον Ηλιο, ενώ η ηλιόπαυση κατά 2 αστρονομικές μονάδες και άλλες 2 υπολογίζεται ότι θα εκτεινόταν τον επόμενο χρόνο.
Οι επιστήμονες ελπίζουν ότι τα δεδομένα του IBEX θα επιτρέψουν να διαπιστωθεί και το ακριβές σχήμα της ηλιόσφαιρας. Αν και το αρχικό σήμα που κατέγραψε η διαστημοσυσκευή ήταν κυκλικό, το σχήμα αυτό θα αλλάξει καθώς η ηλιόπαυση απομακρύνεται συνεχώς, με αποτέλεσμα να καθυστερεί και η ανάκλαση των σωματιδίων. Αυτή η «ηχώ» αναμένεται να πάρει σχήμα μη κυκλικού δακτυλίου. Στις προσομοιώσεις τους οι επιστήμονες διαπίστωσαν ότι ο ακριβής ρυθμός που εκτείνεται αυτός ο δακτύλιος εξαρτάται από τις αποστάσεις ανάμεσα στα διάφορα στρώματα της ηλιόσφαιρας: Το σοκ τερματισμού, την ηλιόπαυση και την περιοχή της ηλιοθήκης όπου παράγονται τα ουδέτερα σωματίδια υψηλής ενέργειας. Τώρα περιμένουν να επεξεργαστούν τα δεδομένα που θα καταγράψει το IBEX, ώστε να κατασκευάσουν μια ακριβή τρισδιάστατη απεικόνιση της ηλιόσφαιρας.
Η διόγκωση και η συρρίκνωση της ηλιόσφαιρας εξαιτίας αλλαγών στην ένταση του ηλιακού ανέμου έχουν άμεσο ενδιαφέρον σε μελλοντικά επανδρωμένα διαπλανητικά ταξίδια, καθώς μεταβάλλουν την ποσότητα κοσμικών ακτίνων που μπαίνουν στην ηλιόσφαιρα, απειλώντας τους αστροναύτες.

Επιμέλεια:
Σταύρος ΞΕΝΙΚΟΥΔΑΚΗΣ
Πηγή: www.nasa.gov