Το Voyager ανακαλύπτει μαγνητικό ‘χνούδι’ γύρω από το Ηλιακό Σύστημα

Το διαστημικό σκάφος Voyager ανακάλυψε ένα πολύ ισχυρό μαγνητικό πεδίο ακριβώς έξω από το Ηλιακό μας Σύστημα, το οποίο συγκρατεί ακέραιο το Τοπικό Διαστρικό Νέφος, γνωστό και ως Τοπικό Χνούδι (Local Fluff), λύνοντας έτσι το μυστήριο για το πώς μπορεί να διατηρείται το Νέφος.

 

Το Voyager διασχίζει τώρα μια ‘χέρσα’ ζώνη (heliosheath που είναι το απώτατο όριο του ηλιακού μας συστήματος (πέρα από το όριο του Κρουστικού Κύματος (termination shock) που απέχει 12 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα και πριν την Ηλιόπαυση). Το μαγνητικό πεδίο στο Τοπικό Χνούδι είναι σημειωμένο με κίτρινες γραμμές

Οι επιστήμονες εκτιμούσαν ως σήμερα ότι το Τοπικό Διαστρικό Νέφος θα έπρεπε να είχε διαλυθεί λόγω των υπέρθερμων αερίων που προέρχονταν από μια σειρά εκρήξεων σουπερνόβα πριν από περίπου δέκα εκατομμύρια χρόνια. Διαπίστωσαν ωστόσο ότι το νέφος εξακολουθεί να παραμένει άθικτο λόγω του ισχυρού μαγνητικού πεδίου, το οποίο τού χαρίζει την απαραίτητη «προστασία» προκειμένου να αντισταθεί στις διάφορες καταστροφικές δυνάμεις.

 

Όπως εξηγεί η αστροφυσικός της NASA Merav Opher – ειδική στην Ηλιοφυσική – το Τοπικό Χνούδι αποτελείται από μείγμα ατόμων υδρογόνου και ηλίου με διάμετρο 30 έτη φωτός. Το Τοπικό Διαστρικό Νέφος μέσα στο οποίο έχει εισέλθει το Ηλιακό Σύστημα ξεπερνά ακόμη και το Άλφα του Κενταύρου, το πλησιέστερο άστρο στον Ήλιο.

 

Τα στοιχεία του Voyager δείχνουν ότι το Τοπικό Χνούδι είναι πολύ περισσότερο μαγνητισμένο από όσο νομίζαμε προηγουμένως  – μεταξύ 4 και 5 microgauss. Η Merav Opher είναι η επικεφαλής συγγραφέας της έρευνας που δημοσιεύθηκε στο Nature..

 

"Αυτό το μαγνητικό πεδίο μπορεί να παράσχει την επιπλέον πίεση που απαιτείται για να αντισταθεί στην καταστροφή του", εξηγεί η Opher.

 

Το ηλιακό μας σύστημα εισήλθε στο Τοπικό Διαστρικό Νέφος κάποια στιγμή μεταξύ 44.000 και 150.000 χρόνια πριν και αναμένεται να παραμείνει σε αυτό άλλα 10.000 έως 20.000 χρόνια. Το Νέφος έχει θερμοκρασία περίπου 6000 ° C, σχεδόν στην ίδια θερμοκρασία με την επιφάνεια του Ήλιου. Είναι πολύ λεπτό, με 0,1 άτομα ανά κυβικό εκατοστό,  περίπου το ένα πέμπτο της πυκνότητας του γαλαξιακού διαστρικού μέσο (0,5 άτομα κυβικό εκατοστό) και διπλάσιο του αερίου στην Τοπική Φυσαλίδα (0,05 άτομα). Η Τοπική Φυσαλίδα είναι μια περιοχή χαμηλής πυκνότητας στο διαστρικό μέσο, ενώ το Τοπικό Νέφος είναι μια μικρή, πιο πυκνή περιοχή. Για σύγκριση, η γήινη ατμόσφαιρα σε Κανονικές Συνθήκες (STP) έχει 2.7 × 10¹⁹  μόρια ανά κυβικά εκατοστά.

 Το Τοπικό Νέφος ρέει έξω από την αστρική Σύνδεση Σκορπιού-Κενταύρου, που είναι μια περιοχή όπου δημιουργούνται νέα άστρα

 

Όχι μόνο ο Ήλιος μας αλλά και άλλα τοπικά αστέρια, είναι ενσωματωμένα στο Τοπικό Χνούδι. Παράδειγμα, τα κοντινά σε μας αστέρια Άλφα του Κενταύρου, το Αλτάιρ (Altair), ο Βέγας, Fomalhaut (σημαίνει το Στόμα της Φάλαινας στα Αραβικά) και ο Αρκτούρος.

 -------------------

Ο Ήλιος ουσιαστικά είναι μια καυτή αέρια μάζα εξ αιτίας των πυρηνικών αντιδράσεων σύντηξης που συμβαίνουν στο εσωτερικό της. Η ατμόσφαιρα του περιέργως είναι ακόμα πιο καυτή από την επιφάνειά του αλλά και αρκετά πιο θερμή από την τυπική θερμοκρασία του μεσοαστρικού υλικού. Έτσι, η ατμόσφαιρα έχει την τάση να εκτονωθεί προς τα έξω και να δημιουργήσει τον ηλιακό άνεμο. Ο ηλιακός άνεμος είναι μια ροή φορτισμένων σωματιδίων (πλάσματος) από τον Ήλιο προς τον διαπλανητικό χώρο και ακόμα παραπέρα, μέχρι τον μεσοαστρικό χώρο. Σημαντικό ρόλο σε αυτό το ρευστό παίζει και το μαγνητικό πεδίο. Ο Ήλιος, εξαιτίας κάποιον μηχανισμών στο εσωτερικό του το λεγόμενο δυναμό, δημιουργεί μαγνητικό πεδίο που εξαιτίας των ιδιοτήτων του πλάσματος, ακολουθεί την ροή του ηλιακού ανέμου καθώς αυτός απομακρύνεται από τον Ήλιο. Έτσι ο Ηλιακός άνεμος παίρνει τις μαγνητικές δυναμικές γραμμές και τις απλώνει σε όλο το ηλιακό σύστημα. Η αλληλεπίδραση αυτού του μαγνητικού πεδίου με τα μαγνητικά πεδία (μαγνητόσφαιρες) των πλανητών γεννά ένα τεράστιο πλήθος από ενδιαφέροντα φαινόμενα όπως είναι το πολικό σέλας, ενώ παίζει και το ρόλο του στο να μας προστατεύει από την κοσμική ακτινοβολία.

 

Ο ηλιακός άνεμος καθώς εκτείνεται προς τα έξω κάποια στιγμή συναντάει το μεσοαστρικό υλικό, με το οποίο θα αλληλεπιδράσει στην περιοχή που ονομάζουμε ηλιόπαυση. Η καθιερωμένη εικόνα που υπάρχει σήμερα είναι επηρεασμένη και από την εικόνα που έχουμε για το πως αλληλεπιδρά το μαγνητικό πεδίο της Γης ή η μαγνητόσφαιρα της Γης, με τον ηλιακό άνεμο. Σε αυτή την αλληλεπίδραση, της Γης με τον ηλιακό άνεμο, υπάρχουν δύο παράγοντες που παίζουν σημαντικό ρόλο, το μαγνητικό πεδίο του ηλιακού ανέμου και η ταχύτητα της ροής του ρευστού. Αυτοί οι "εξωτερικοί" παράγοντες διαμορφώνουν την εικόνα που έχουμε για την μαγνητόσφαιρα της Γης. Έτσι, με βάση και αυτή την αναλογία, είχαμε διαμορφώσει μια παρόμοια εικόνα για το πως θα είναι η Ηλιόσφαιρα και η περιοχή της Ηλιόπαυσης, εξαιτίας της αλληλεπίδρασης του Ηλιακού ανέμου με το μεσοαστρικό υλικό.

 

Τις πρώτες εικόνες με δεδομένα από τα όρια της ηλιόσφαιρας, μας έδωσαν τα διαστημόπλοια Voyager 1 και 2, τα οποία μετά τις αποστολές τους στους εξωτερικούς πλανήτες του ηλιακού συστήματος, κατευθύνονταν προς εκείνη την περιοχή. Πολύ αργότερα η NASA εκτόξευσε το διαστημόπλοιο Interstellar Boundary Explorer (IBEX) και με την βοήθεια των οργάνων του, μας έδωσαν μια πιο πλήρη εικόνα για την ηλιόπαυση με τη βοήθεια των ενεργητικών ουδέτερων ατόμων (energetic nutral atoms, ENAs). Γιατί σε μια περιοχή με καυτό πλάσμα, ένα "καυτό" φορτισμένο ιόν μπορεί να συγκρουστεί με ένα "ψυχρό" ουδέτερο άτομο και να ανταλλάξουν ηλεκτρόνια. Το αποτέλεσμα θα είναι ένα "καυτό" ουδέτερο άτομο και ένα "ψυχρό" ιόν. Το "καυτό" ουδέτερο άτομο, αφού δεν έχει φορτίο παύει να βλέπει το μαγνητικό πεδίο και μπορεί να ταξιδέψει ανεμπόδιστο μέχρι το εσωτερικό του Ηλιακού συστήματος και άρα να μας δώσει μία εικόνα που τα φορτισμένα σωματίδια δεν θα μπορούσαν (αφού διαχέονται από τα μαγνητικά πεδία).

 

Έτσι, οι τελευταίες παρατηρήσεις μας λένε ότι η εικόνα που είχε καθιερωθεί για την μορφή της ηλιόσφαιρας δεν είναι ακριβής. Η πιο παλιά άποψη (σαν την μαγνητόσφαιρα της Γης) θεωρεί πιο σημαντική την συνεισφορά της ροής του μεσοαστρικού υλικού από την συνεισφορά του μαγνητικού πεδίου. Αυτό όμως δεν φαίνεται να είναι σωστό. Σύμφωνα με τις μετρήσεις που ανακοινώθηκαν από την NASA η εικόνα της ηλιόσφαιρας διαφέρει, 

Η παλιά άποψη για την ηλιόσφαιρα

 

Δηλαδή, αντί η ηλιόσφαιρα να παρουσιάζει την εικόνα με την ουρά σαν κομήτης στο πάνω σχήμα, είναι μάλλον σφαιρικό το σχήμα της, με το μαγνητικό πεδίο του μεσοαστρικού υλικού να παίζει πιο σημαντικό ρόλο στην διαμόρφωση του σχήματός της, όπως φαίνεται στην κάτω εικόνα (οι δύο διαγώνιες γαλάζιες γραμμές δίνουν την διεύθυνση του μαγνητικού πεδίου του μεσοαστρικού υλικού).

Σύγχρονη εικόνα για την ηλιόπαυση

 

Η παραπάνω σύγχρονη εικόνα είναι συνεπής με την ύπαρξη μαγνητικού πεδίου στην περιοχή του τοπικού μεσοαστρικού υλικού της τάξης των 0.25 nT. Μερικά ακόμα δεδομένα για αυτό το μοντέλο είναι το ότι η περιοχή του termination shock (η περιοχή όπου γίνεται από τον ηλιακό άνεμο πρώτη φορά αισθητή η παρουσία μεσοαστρικού υλικού, εκεί που καταλαβαίνει για πρώτη φορά αντίσταση) ξεκινά στις 80-100 αστρονομικές μονάδες, ενώ το πάχος της helioseath (η περιοχή αλληλεπίδρασης του ηλιακού ανέμου με το μεσοαστρικό υλικό, δηλαδή από το termination shock μέχρι την ηλιόπαυση) που δίνετε με ροζ χρώμα στο πρώτο σχήμα δεξιά, υπολογίζεται περίπου στις 50 αστρονομικές μονάδες.