Obsah:
2023 Autor: Brooke Calhoun | [email protected]. Naposledy změněno: 2023-05-20 23:53
Již více než deset let zkoumá sonda NASA Interstellar Boundary Explorer (IBEX) vnější okraj heliosféry neboli „bublinu“, která obklopuje naši sluneční soustavu, aby lépe porozuměla hranici mezi prostředím Slunce a mezihvězdným prostorem. Větry ze Slunce vytvářejí heliosféru a její hranice slouží jako ochranný štít před některým z nejdrsnějších záření generovaných jinými hvězdami.
„Jediným cíleným vědeckým cílem IBEX je odhalit globální interakci mezi plazmou ze slunečního větru a mezihvězdným médiem v hraniční oblasti sluneční soustavy,“uvádí Southwest Research Institute (SwRI) v San Antoniu, který misi vede..
IBEX vypuštěný 19. října 2008 z Marshallových ostrovů letěl do vesmíru na palubě rakety Pegasus svržené z letadla L-1011. Před IBEX nesl Pegasus kosmickou loď pouze na nízkou oběžnou dráhu Země. IBEX však měl další raketový motor na tuhá paliva a vlastní palubní pohonný systém, aby se dostal na oběžnou dráhu nad radiačními pásy planety.
Letmý pohled na vesmírnou loď
IBEX má zhruba velikost pneumatiky pro autobusy a nese pouze dva vědecké přístroje: IBEX-Hi a IBEX-Lo. Tato zařízení ve tvaru koblihy shromažďují energetické atomy, které nemají žádný náboj, a zaznamenávají směr, ze kterého částice přišly.
Které nenabité částice senzory IBEX-Hi a -Lo detekují, závisí na energetické úrovni každé částice, přičemž vysokoenergetické částice jsou viditelné pro IBEX-Hi a částice s nižší energií zachycované IBEX-Lo. Částice, známé jako energetické neutrální atomy (ENA), vznikají tak, že nabité částice ve slunečním větru kradou elektrony z chladných iontů neutrálního plynu, které jsou součástí hmoty a záření plovoucího v prostoru, nazývaného mezihvězdné médium.
Když sonda obíhá Zemi, otáčí se na místě asi čtyřikrát za minutu, přičemž její solární panely neustále míří ke Slunci. IBEX-Hi a IBEX-Lo sedí kolmo k solárním panelům a shromažďují neutrální atomy po celý rok. Jak se satelit otáčí, každé zařízení má možnost sbírat ENA z více směrů. Výzkumný tým IBEX poté vytvoří mapu, odkud každá částice pochází.
Sonda po svém startu sledovala sérii oválných oběžných drah kolem Země, které se postupně točily ve spirále. Tím se však IBEX dostal do dosahu měsíční gravitace a mírné škubnutí Měsíce posunulo oběžnou dráhu kosmické lodi, takže oběžná dráha byla nestabilní. V roce 2011 se IBEX přesunul ze své spirální dráhy na novou dráhu, která udržuje kosmickou loď mimo gravitační dosah Měsíce, a proto je stabilnější. Nyní trvá IBEXu dokončení oběžné dráhy 9,1 dne. Jeho stabilní oběžná dráha umožní IBEXu pokračovat ve sběru dat daleko do budoucnosti, uvedla NASA.
Bublina ve vesmíru
Jak slunce a jeho planety cestují po galaxii, nepohybují se prázdným prostorem. Plyn a prach vyplňují mezery mezi hvězdami - oblast známá jako mezihvězdný prostor. Sluneční vítr nese nabité částice ze Slunce, tlačí proti tomuto plynu a čistí oblast podobnou bublinám kolem sluneční soustavy známou jako heliosféra.
Uvnitř heliosféry a kolem sluneční soustavy se nachází koncová šoková hranice. To označuje vnější hranici vlivu slunce, kde se částice slunečního větru začínají pohybovat pomaleji, než je rychlost zvuku. Průměr koncového rázu se mění na základě aktivity slunečního větru.
Mezi terminačním šokem a heliopauzou je heliosheath, zóna, kde se částice slunečního větru stlačují a stávají se turbulentními, když interagují s mezihvězdným prostředím, které porušilo heliopauzu. Nejvzdálenějším okrajem heliosféry je heliopauza, poslední předěl mezi mezihvězdným prostředím a oblastí vlivu Slunce.
Terminační výboj zatím překonaly pouze dvě kosmické lodě. Kosmická loď Voyager 1 překročila hranici v roce 2004 a Voyager 2 ji překročil v roce 2007. Další sondou, která překročí hranici, budou Pioneer 10 a 11, po nich bude následovat New Horizons. Kdy přesně tyto lodě projdou hranicí, není jisté, protože vzdálenost od koncového výboje se neustále mění.
Heliosféra není dokonalý kruh kolem naší sluneční soustavy; místo toho má tvar spíše slzy s ohonem podobným kometě, který se vleče za koulí, když se slunce pohybuje Mléčnou dráhou. Ohon vyčnívá z naší sluneční soustavy dále než na druhou stranu, která se tlačí vpřed vesmírem ve směru pohybu Slunce. IBEX však odhalil, že ocasní oblast heliosféry nezasahuje tak daleko, jak si astronomové mysleli.
Zkoumání štítu
IBEX vytvořil svou první mapu heliosféry v létě roku 2009. S každým otočením kosmické lodi IBEX zmapuje jeden pás oblohy, přičemž celá obloha se zmapuje každých šest měsíců.
„Poprvé vystrčíme hlavy ze sluneční atmosféry a začínáme skutečně chápat naše místo v galaxii,“David J. McComas, hlavní výzkumník IBEX a asistent viceprezidenta divize Space Science and Engineering v Southwest Výzkumný ústav, uvedl v prohlášení. "Výsledky IBEX jsou skutečně pozoruhodné, s úzkou stuhou jasných detailů."
Od začátku IBEX odhalil hádanku: podivnou, hustou oblast částic, poté známou jako stuha IBEX. Tato stuha vzniká v důsledku interakce slunečního větru s jinými kosmickými jevy. Když neutrální vodíkové atomy nesené slunečním větrem procházejí galaktickým magnetickým polem, odnímají vodíkové elektrony a přeměňují atomy na nabité částice známé jako ionty. Ionty pak interagují s magnetickým polem a spirálovitě se pohybují kolem siločar. Podle článku z roku 2013 zveřejněného v The Astrophysical Journal rychlá rotace vytváří vlny nebo vibrace v magnetickém poli, které zachycují ionty v pásovitých oblastech. Některé z těchto iontů jsou vystřelovány zpět směrem ke slunci a směrem k IBEX.
„Představte si stuhu jako přístav a částice slunečního větru, které obsahuje, jako čluny,“uvedl v prohlášení Nathan Schwadron, vědec z University of New Hampshire v Durhamu. "Lodě mohou být uvězněny v přístavu, pokud jsou vlny oceánu vně přístavu dostatečně silné. To je povaha nového modelu stuhy. Páska je oblast, kde se částice původně ze slunečního větru uvězní nebo zadrží v důsledku intenzivních vln a vibrace v magnetickém poli."
Senzory IBEX navíc zachytily mezihvězdné částice vodíku, helia, kyslíku a neonu a poté vypočítaly, že částice vstupují do heliosféry rychlostí 52 000 mph (83 685 km/h) spíše než rychlostí 59 000 mph (95 000 km). /h) naznačené dřívějšími pozorováními. Částice také vstupují do sluneční soustavy z jiného směru, než se dříve myslelo, pravděpodobně kvůli magnetickým silám na hranici heliosféry.
Nižší rychlost znamená, že heliosféra postrádá ráz z přídě, který by se jinak očekával, že se vytvoří, když se oblast prodírá vesmírem a vytlačuje mezihvězdný materiál z cesty jako loď plující vodou.
"S touto nižší rychlostí vnější magnetické síly způsobí, že se heliosféra více zmáčkne a zdeformuje," řekl McComas. "Spíše než ve tvaru kulky pohybující se vzduchem se heliosféra zplošťuje, spíš jako plážový míč, který je zmáčknutý, když si na něj někdo sedne."
Týmová práce ve vesmíru
IBEX nefunguje sám. Absence rázu přídě byla objevena spojením dat kosmické lodi s informacemi ze sondy Voyager. Zatímco IBEX poskytl pohled na celou oblast z dálky, Voyager 1 a 2 byly schopny provést měření zevnitř hranice ve dvou různých oblastech.
"Kombinace IBEX a Voyager vám dává skvělou vědu," řekl v prohlášení vědec mise IBEX Eric Christian, který byl dříve programovým vědcem pro Voyager.
Sonda Cassini společnosti NASA, která obíhala kolem Saturnu více než deset let, také pomohla měřit heliosféru a sbírala částice o vyšších energiích, než jaké dokázal IBEX detekovat. IBEX také spolupracoval s NASA Two Wide-Angle Imaging Neutral-Atom Spectrometers (TWINS), které pozorovaly dopad sluneční bouře zevnitř zemského magnetického pole, zatímco IBEX jej měřil zvenčí.
"Toto zobrazení nám poskytuje lepší globální obrázek o vývoji magnetosféry - zejména o procesech, kterými slunce vstřikuje energii do magnetosféry - než kdy předtím bylo k dispozici," uvedl McComas v prohlášení. "Je to skvělá kombinace dvou datových souborů, která otevírá dveře k mnohem sofistikovanějším globálním studiím."