Tajemnice krawędzi Układu Słonecznego

Sonda IBEX odkryła nieznaną strukturę przecinającą granicę Układu Słonecznego.

Sonda kosmiczna NASA IBEX (Interstellar Boundary Explorer) zakończyła pierwszy w historii przegląd granic całej heliosfery, czyli strefy wokół Słońca, w której dominujący jest wiatr słoneczny, a nie materia międzygwiazdowa. Odkryła przy tym nieznaną strukturę, która przecina krawędź naszego Układu Słonecznego. Tworzy ona wyraźną wstęgę mogącą chronić wnętrze Układu przed promieniowaniem kosmicznym.

Misja IBEX wystartowała rok temu, 19 października 2008 r., z bazy lotniczej USA na atolu Kwajalein w archipelagu Wysp Marshalla. Sonda jako satelita Ziemi porusza się po orbicie eliptycznej (15 000 x 300 000 km), a głównym zadaniem misji jest badanie granic heliosfery i rozkładu cząstek energii docierających do naszej planety z odległych rejonów Układu Słonecznego.

Na skraju naszego układu planetarnego powstają energetyczne atomy neutralne (Energetic Neutral Atoms, ENA). Atomy te są wynikiem zderzania się protonów z wiatru słonecznego lub materii zjonizowanej wiatrem słonecznym z elektronami z gazu międzygwiazdowego. ENA poruszają się z wielkimi prędkościami, ale możliwe jest ich zarejestrowanie i to jest zadaniem IBEXa. Celem jest stworzenie mapy krańców Układu Słonecznego – pomocne są w tym dane przesyłane przez ciągle aktywne sondy Voyager 1 i Voyager 2.

Sensacyjnym dokonaniem satelity IBEX jest odkrycie wyraźnej, przecinającej nieboskłon wstęgi wskazującej na obecność w pobliżu Słońca struktury o nieznanym pochodzeniu. W odkryciu, opublikowanym w czasopiśmie Science, istotny udział mają naukowcy z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk.

Rozkład energetycznych atomów neutralnych na niebie wskazuje na istnienie na granicy heliosfery struktury przypominającej pierścień. Obraz we współrzędnych galaktycznych. Źródło: NASA, The IBEX Team.

- Nigdy wcześniej nikt nie obserwował kosmosu w ten sposób. Otworzyliśmy nowe okno na świat i zobaczyliśmy przez nie rzeczy, których nie spodziewaliśmy się dostrzec - mówi doc. Maciej Bzowski z CBK PAN, członek międzynarodowego zespołu odpowiedzialnego za przebieg eksperymentu.

Dotychczasowe modele teoretyczne przewidywały, że IBEX zaobserwuje zwiększone natężenie atomów neutralnych nadlatujących z kierunku, w którym porusza się Słońce, i ich zmniejszone natężenie w kierunku przeciwnym. Ku zaskoczeniu naukowców, zamiast w miarę jednorodnej plamy, na mapie nieba pojawiła się wyraźna wstęga. Analizy rozkładu natężenia ENA w różnych zakresach energii wskazują, że wstęga jest wygięta i tworzy dużą strukturę o kształcie niemal zamkniętego pierścienia. Wstęga jest nachylona do płaszczyzny ekliptyki, ale nie pokrywa się z płaszczyzną Drogi Mlecznej. Największa intensywność wstęgi pochodzi z kierunku ponad ekliptyką w obszarze, w którym oddziałują wolny i szybki wiatr słoneczny. Naukowcy przypuszczają, że przyczyną jej powstania jest dotychczas nieznana, duża struktura lokalna związana z Układem Słonecznym.

Wiatr słoneczny tworzy w obłoku gazu międzygwiazdowego bąbel heliosfery, otoczony przez warstwę graniczną. Jej wewnętrzną krawędzią jest szok końcowy, zewnętrzną – heliopauza, która oddziela ją od materii międzygwiazdowej. Poruszająca się ze Słońcem heliosfera generuje w obłoku międzygwiazdowym charakterystycznie wygiętą falę czołową. Sonda IBEX bada energetyczne atomy neutralne powstające w warstawie granicznej. Źródło: ESA, Martin Kornmesser, Lars Lindberg Christensen.

Jedna z hipotez pochodzenia wstęgi jest taka, że wiąże się ona z kształtem lokalnego, międzygwiezdnego pola magnetycznego, które prawdopodobnie silnie oddziałuje z heliosferą. Takie oddziaływanie prowadzi do formowania się skupisk plazmy, będących źródłami energetycznych atomów neutralnych. Jeśli przypuszczenia te okażą się prawdziwe, trzeba będzie zrewidować nasze obecne poglądy na charakter i dynamikę zjawisk zachodzących na krańcach heliosfery.

Badania te mają istotne znaczenie dla naszego życia. Heliosfera pełni bowiem rolę tarczy, chroniącej wnętrze Układu Słonecznego przed promieniowaniem kosmicznym o dużych energiach. Gdyby nie istniała, natężenie tego promieniowania na Ziemi byłoby kilkukrotnie większe niż obecnie. Sonda IBEX jest pierwszym satelitą przeznaczonym do pomiarów strumieni energetycznych neutralnych atomów dochodzących z całego nieba. Główna część misji IBEX została przewidziana na dwa lata z możliwością późniejszego rozszerzenia, co pozwoliłoby wykonać kilka map granicy całej heliosfery i lepiej poznać jej dynamikę.

Przemysław Goławski, na pdst. CBK