«Физические модели теоретизировали эту границу в течение многих лет», – сказал Дэн Рейзенфельд, ученый из Национальной лаборатории Лос-Аламоса и ведущий автор статьи, опубликованной сегодня в Astrophysical Journal. "Но это первый раз, когда мы действительно смогли измерить его и составить трехмерную карту."
Гелиосфера – это пузырь, созданный солнечным ветром, поток в основном 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 НАСА, вращающегося вокруг Земли Interstellar Boundary Explorer (IBEX), который обнаруживает частицы, исходящие из гелиооболочки, пограничного слоя между Солнечной системой и межзвездным пространством.
Команде удалось нанести на карту край этой зоны – регион, который называется гелиопауза. Здесь солнечный ветер, устремляющийся в межзвездное пространство, сталкивается с межзвездным ветром, который устремляется к Солнцу.
Для этого измерения они использовали технику, аналогичную тому, как летучие мыши используют гидролокатор. «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», – сказал Райзенфельд.
Они сделали это, используя спутник IBEX измерения энергичных нейтральных атомов (ENA), которые возникают в результате столкновений между частицами солнечного ветра и частицами межзвездного ветра. Интенсивность этого сигнала зависит от интенсивности солнечного ветра, ударяющего о гелиооболочку.
Когда волна попадает в оболочку, счетчик ENA увеличивается, и IBEX может ее обнаружить.
«Сигнал солнечного ветра, посылаемый Солнцем, различается по силе, образуя уникальный узор», – пояснил Райзенфельд. "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 они применили этот метод для построения трехмерной карты с использованием данных, собранных за полный солнечный цикл с 2009 по 2019 год.
«Делая это, мы можем видеть границу гелиосферы так же, как летучая мышь использует сонар, чтобы« видеть »стены пещеры», – добавил он.
Причина, по которой сигнал возвращается на IBEX так долго, заключается в огромных расстояниях.
Расстояния в Солнечной системе измеряются в астрономических единицах (AU), где 1 AU – это расстояние от Земли до Солнца. Карта Райзенфельда показывает, что минимальное расстояние от Солнца до гелиопаузы составляет около 120 а.е. в направлении, обращенном к межзвездному ветру, а в противоположном направлении оно простирается по крайней мере на 350 а.е., что является пределом расстояния для метода зондирования.
Для справки, орбита Нептуна составляет около 60 а. Е. В поперечнике.