Гелиопауза солнечной системы


Солнечная система > Солнце > Гелиосфера

Гелиосфера Солнца – звезды Солнечной системы: описание области вокруг Солнца, состав, как создается, схема строения на фото, форма, влияние солнечного ветра.

Гелиосферой называется область, окружающая наше Солнце. Она состоит из вещества (солнечного ветра) и электромагнитных полей, генерируемых солнцем. Конечно же, в эту область могут проникнуть и элементы межзвездной среды. Особенно если это нейтральные (не несущие электрического заряда), на движение которых не которые влияет магнитное поле. Однако число таких атомов, как полагается, крайне невелико. Так что считается, что все вещество, которое содержится внутри гелиосферы, ведет происхождение от Солнца.

Гелиосфера по форме не является идеальным шаром, а несколько вытянута. От Солнца исходит поток частиц, или солнечный ветер.


орость этого ветра составляет сотни километров в секунду. Примерно в области, определяемой орбитой Плутона, поток солнечной плазмы на сверхзвуковой скорости входит в соприкосновение с газом, которым заполнена межзвездная среда. Это приводит к торможению плазмы, и формированию ударной волны. Поток газа, проходя фронт этой волны, приобретает дозвуковую скорость. Обтекание газом фронта волны и формирует шлейф, напоминающий хвост кометы. Он вытянут в направлении, противоположном движению Солнца.

Область пространства, где солнечный ветер наталкивается на межзвездную среду, называется гелиопаузой. Точные размеры, форма и параметры гелиопаузы пока не совсем понятны и ожидают своего исследования. В ближайшее время некоторые ответы на интересующие науку вопросы будут получены от космических межпланетных станций Вояджер и Пионер. В ходе своего полета они должны вскоре достичь дальних окраин Солнечной системы и пройдут через область гелиопаузы.

Источник: v-kosmose.com

Разрешен парадокс "Вояджера"

"Новая теория, созданная американскими учеными Дэвидом Маккомасом (David McComas) из Юго-западного научно-исследовательского института (Southwest Research Institute — SwRI, Сан-Антонио, штат Техас) и Натаном Швадроном (Nathan Schwadron) из Бостонского университета (Boston University), претендует на объяснение того странного факта, что межпланетной станции "Вояджер-1" (Voyager 1), ставшей сравнительно недавно межзвездной (т.е.
кинувшей пределы Солнечной системы), не удалось обнаружить предсказанного ранее (20-30 лет назад) "разогрева" аномальных космических лучей при проходе (в декабре 2004 года) того участка, где солнечный ветер окончательно "гасится" взаимодействием с межзвездным веществом (граница ударной волны (termination shock) характеризуется там резким замедлением скорости солнечного ветра с одновременным ростом его плотности и температуры)… Соответствующая статья под названием "An Explanation of the Voyager Paradox: Particle Acceleration at a Blunt Termination Shock" опубликована 17 февраля 2006 года в выпуске Geophysical Research Letters.

До "Вояджеров" некоторые параметры аномальных космических лучей уже были изучены американскими "Пионерами" (Pioneer), "Улиссом" (Ulysses) и другими космическими аппаратами (большой вклад в эти исследования внесли когда-то и советские ученые). Хотя во время пролета "Вояджера" его операторы все еще точно не знали, на каком именно расстоянии от Солнца следовало бы искать зону гелиопаузы и "termination shock", на таком "особом" участке они все-таки ожидали зарегистрировать скачки напряженности магнитного поля, замедление скорости истечения плазмы и другие подобные явления.
зработанные на тот момент модели показывали, что кроме всего прочего в период пролета этих мест должен был регистрироваться и исходный энергетический спектр аномальных космических лучей (АКЛ, англоязычный термин — anomalous cosmic rays — ACRs). Энергетический максимум аномальных космических лучей приходится на 10 МэВ на нуклон, а слово "аномальные" в момент появления этого термина (1970-е гг.) относилось большей частью к их составу — доминирование ионов Не, N, O, Ne и недостаток C, Mg, Si и Fe по сравнению с галактическими космическими лучами…

К сожалению, "Вояджер-1" при пересечении границы ударной волны не зарегистрировал наличие высокоэнергетических аномальных космических лучей, вернее говоря, он зарегистрировал присутствие лишь 5-10 процентов заряженных частиц нужного вида (ионов гелия, кислорода и др.) от их ожидаемого количества.

Теперь Маккомас и Швадрон показали, что наблюдаемые темпы ускорения аномальных космических лучей на самом деле можно легко описать, если принять более реалистичную модель для описания формы ударной волны, существенно отличающейся от сферически симметричной…" (27-02-2006 00:12). http://astro.uni-altai.ru/events/2006/02/27/1140977520.html

Удалить

Источник: artefact-2007.blogspot.com

Исследовательские миссии по изучению границ Солнечной системы Voyager и Voyager 2 запущены с разницей в одну неделю в 1977 году. На сегодняшний день они являются самыми далекими от Земли искусственными объектами. Сейчас автоматические межпланетные станции находятся на расстоянии примерно 22 млрд км от Земли — за пределами гелиосферы, но еще внутри Солнечной системы.


До конца не ясно, когда эти станции покинут Солнечную систему. Специфическое строение системы усложняет движение зондов, поскольку она окружена гипотетическим гигантским скоплением комет, которые находятся под воздействием гравитации Солнца — облаком Оорта. Мы точно не знаем, действительно ли оно существует, однако все математические модели указывают на его наличие.

Фото: Nasa

Несмотря на то, что первая миссия Voyager является самым быстрым искусственным объектом во Вселенной, который движется со скоростью около 17,5 км/с — или 0,005% от скорости солнечного света, за край внешнего облака Оорта спутник выйдет не раньше, чем через 30 тыс. лет. А своей первой звезды — Росс 248, одиночной звезды в созвездии Андромеды, находящейся на расстоянии в 10,4 световых лет от Солнца, Voyager достигнет еще через 40 тыс. лет после выхода за край внешнего облака.

При этом человечество прекратит получать сигналы от Voyager 1 и Voyager 2 уже после 2025 года. Аппараты создавались в 70-х годах прошлого века, и на них стоят не очень мощные антенны, которые просто не смогут передавать информацию о местоположении зондов на таком расстоянии.


Изначально миссии Voyager запускали для изучения дальних уголков Солнечной системы — Юпитера, Сатурна, Нептуна и Урана. При этом Voyager 2 является единственным зондом, который достиг этой планеты, поэтому абсолютно всё, что мы знаем об Уране, было передано на Землю с Voyager 2. Миссии открыли множество лун этих планет, после чего НАСА решило отправить зонды за пределы гелиосферы.

Фото: JPL/Nasa

На смену Voyager пришел зонд New Horizons, запущенный НАСА в 2006 году. Сейчас он изучает пояс Койпера и один из самых дальних астероидов Солнечной системы — Ультиму Туле, про который мы подробно рассказывали в большом материале.

Границы гелиосферы и гелиопауза

В докладе НАСА руководитель проекта Voyager Эд Стоун рассказал о многочисленных аномалиях, которые зафиксировал зонд Voyager 2 после выхода в межзвездную среду. При выходе Voyager 2 из гелиосферы эти данные сравнивались с показателями, которые присылал зонд Voyager 1 на Землю.

Первый Voyager покинул гелиосферу — пузырь плазмы вокруг Солнечной системы из солнечного ветра — еще в 2012 году на расстоянии 122 а. е. (астрономических единиц; это среднее расстояние от Земли до Солнца) от звезды. Именно в это время его датчики перестали фиксировать направленный поток частиц солнечного ветра.


Фото: JPL-Caltech/Nasa

При этом Voyager 2 пересек гелиопаузу (место, где заканчивается солнечный ветер и начинается встречное движение межзвездного вещества) только в декабре 2018 года на расстоянии 119 а. е. от Солнца.

После сравнения полученных данных ученые пришли к выводу, что границы в разных точках гелиосферы оказались совсем разными. Согласно исследованию, Voyager 2 пересек гелиопаузу в разы быстрее, чем это сделал Voyager 1, а сама структура пограничного слоя была другой. При этом в месте, где второй зонд пересекал границу гелиосферы, ее толщина была намного больше, чем участок первого.

Снимок южного полушария Юпитера, сделанный зондом Voyager 2 в июне 1979 года. Фото: JPL/Nasa

Разница в показателях может быть связана с тем, что Voyager 2 и Voyager 1 пересекли границу гелиосферы в разных участках — в условном северном полушарии и южном, с промежутком более шести лет.


Границы гелиосферы могут быть связаны с циклами активности Солнца и мощностью солнечного ветра. Однако основным открытием миссий стало то, что границы гелиосферы оказались непостоянными и меняющимися в зависимости от активности звезды.

За последние шесть лет Voyager обнаружил в межзвездной среде следы, как считали ученые, корональных выбросов — мощных вспышек на Солнце. Однако после выхода Voyager 2 за границы гелиосферы оказалось, что это не следы корональных выбросов, а материя из плазменного пузыря гелиосферы, граница которой оказалась «дырявой». Пока ученые не могут сказать, почему граница между южной частью гелиосферы и межзвездным пространством пропускает плазму, а в северной части этого явления нет.

Фотография Сатурна, сделанная Voyager 2 в 1981 году. На снимке также видны спутники Сатурна — Тетис, Диона, Рея и Мимас. Фото: JPL/Nasa

Эту плазму инструменты Voyager 2 зафиксировали даже на расстоянии в 2 млрд км от гелиопаузы. При этом датчики Voyager перестали фиксировать частицы солнечного ветра ровно в том месте, где закончилась ударная волна его вещества.


Еще одним неожиданным открытием для астрофизиков стало магнитное поле межзвездной среды. Ранее ученые считали, что после выхода за пределы гелиосферы магнитное поле будет устроено хаотично или будет направлено в противоположную сторону, однако оказалось, что его направление абсолютно не отличается от магнитного поля в гелиосфере.

Уровень космической радиации за пределами гелиосферы оказался неожиданно высоким — в четыре раза больше, чем внутри Солнечной системы. Эти данные необходимы для разработки исследовательских миссий нового поколения по изучению границ гелиосферы, поскольку сильная радиация негативно сказывается на работоспособности зондов.

Изображение Нептуна, сделанное с помощью зеленого и оранжевого фильтра на узкоугольной камере Voyager 2. Фото: JPL/Nasa

Для других — и более детальных анализов границ гелиосферы — НАСА собирается запустить еще несколько миссий, которые будут изучать другие пограничные участки. Это позволит собрать больше данных об устройстве границ Солнечной системы и взаимодействия солнечного ветра и межзвездного пространства.

Источник: hightech.fm

Гелиопауза солнечной системы
Альфа Центавра a и b, ближайшие соседние к нам звезды


Границы Солнечной системы находятся гораздо дальше последней орбиты планеты или планетоида. Можно сказать, что границами нашей системы являются стенки гелиосферы. Сама гелиосфера — это область околосолнечного пространства, где плазма солнечного ветра движется относительно Солнца со сверхзвуковой скоростью. Википедия говорит нам, что снаружи гелиосфера ограничена так называемой бесстолкновительной ударной волной. Она возникает в солнечном ветре из-за его взаимодействия с межзвездной плазмой и межзвездным магнитным полем.

До гелиопаузы — внешних границ гелиосферы Солнца — человек еще не добрался, если иметь в виду пилотируемую экспедицию. Зато до этих пределов дошли два автоматических зонда, которые были запущены много лет назад: это «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Что касается первого зонда, то в 2012 году вышел в пространство, где нет давления солнечного ветра. Тогда приборы устройства пять раз фиксировали скачки количества протонов и ядер ядер гелия с энергией 1,9-2,7 МэВ в окружающем пространстве, при неизменности плотности частиц с другими зарядами. По словам экспертов, это говорит о пятикратном пересечении гелиопаузы.

20 марта почётный профессор астрономии из университета Нью-Мексико Билл Веббер официально сообщил, что «Вояджер-1» всё-таки вышел за пределы Солнечной системы, и случилось это 25 августа 2012 года на расстоянии 121,7 а.е. от Солнца. С тех пор интенсивность излучения 1,9-2,7 МэВ уменьшилась в 300-500 раз.


Сейчас пересекает гелиопаузу «Вояджер-2». Он тоже вскоре покинет Солнечную систему, но приборы аппарата фиксируют несколько иную картину происходящего при уходе в межзвездное космическое пространство. Об этом заявил Эд Стоун, экс-директор Лаборатории реактивного движения НАСА. Свое аявление он сделал на Конференции геофизического союза, которая проходила на прошлой неделе. Так вот, «Вояджер-1», как считают ученые, зафиксировал так называемые галактические космические лучи. А вот «Вояджер-2», пересекая границу Солнечной системы, никаких лучей не обнаружил. В этом случае интенсивность частиц оставалась все время на одном уровне.

Гелиопауза солнечной системы

Возможно, говорит Стоун, разница обусловлена тем, что сейчас мы находимся в активной фазе солнечного цикла. Солнечный ветер по этой причине довольно мощный, и число космических лучей, пересекающих границу Солнечной системы, не слишком велико. Совсем иная ситуация наблюдалась, когда границу пересекал «Вояджер-1». Тогда активность Солнца была ниже, чем сейчас, и большее число галактических лучей прорывалось через «рубеж». «Благодаря этой информации мы получили больше данных о том, насколько мощными могут быть барьеры нашего пузыря», — говорит Стоун.

Данные, получаемые приборами «Вояджера-2» также указывают на то, что внутри гелиощита солнечный ветер приобретает закрученную форму и отклоняется от общего потока, образуя достаточно длинный хвост, который кому-то может напомнить хвост кометы. Ранее считалось, что именно такой и должна быть ситуация на границе Солнечной системы. Но «Вояджер-1» ни с чем таким не столкнулся. Он зафиксировал снижение скорости ветра при сохранении направления его движения. А вот «Вояджер-2» смог заметить совсем иное.

Сейчас зонд «Вояджер-1», который находится на расстоянии около 137 астрономических единиц от Солнца, движется в сторону созвездия Змееносца. Это созвездие находится на севере от солнечного экватора. Что касается «Вояджера-2», то этот аппарат находится от нас на расстоянии примерно 113 астрономических единиц. Он движется в другую сторону — в сторону созвездия Павлина, находящегося на юге. Вероятно, в межзвёздном пространстве аппарат окажется уже в ближайшие годы.

По мнению Стоуна, информация, передаваемая «Вояджерами», помогает понять, как взаимодействуют звезды с околозвездным космическим пространством. Раньше специалисты могли только строить прогнозы и делать предположения. Сейчас же в руках специалистов оказались надежные данные, полученные двумя зондами «Вояджер».

Как уже говорилось выше, эти аппараты проработали уже много лет, и еще около двадцати лет они будут продолжать функционировать. Правда, у систем осталось совсем мало плутония-238, энергия распада которого и используется зондами. Уже через пару десятков лет зонды замолчат навсегда. Сейчас ученые понемногу отключают некоторые модули аппаратов, поскольку для работы всех модулей зондов уже не хватит генерируемой РИТЭГ энергии.

Пока что движение «Вояджеров» продолжается, данные регулярно поступают на Землю и ученые тщательно их анализируют. Кстати, именно анализ сигналов устройства позволил более детально изучить Уран и спутники этой планеты-гиганта. Дело в том, что мимо этой планеты 30 лет назад пролетал «Вояджер-2», который смог собрать информацию об этой планете и ее спутниках. Благодаря именно этим данным астрономам из Университета Айдахо удалось выяснить, что у планеты может еще быть два небольших спутника, которые вполне могут располагаться в двух кольцах Урана, что усложняет выявление этих планетоидов.

Источник: habr.com

Солнце испускает непрерывный поток солнечного ветра, и его невероятно быстрые заряженные частицы достигают областей далеко за орбитой Нептуна. Лишь постепенно они тормозятся межзвездной средой, и в конце концов их скорость падает меньше световой. Эта область – одна из самых дальних границ Солнечной системы, которая оказывается внутри огромного «пузыря» солнечного ветра – гелиосферы. Двигаясь вместе со звездой на скорости более 200 км/с, гелиосфера вытягивается, вытягивая за собой длинный хвост, как у кометы.

 

Такова общепринятая картина солнечного ветра, однако астроном Афинской академии Костас Диалинас (Kostas Dialynas) и его коллеги готовы ее оспорить. В статье, опубликованной журналом Nature, ученые обобщили данные, которые были собраны космическими зондами Cassini, Voyager 1 и 2, а также аппаратом IBEX. Наблюдения охватили целиком 11-летний цикл солнечной активности и показали динамику взаимодействия плазмы солнечного ветра и магнитных полей Солнца с межзвездной средой. И, судя по этим данным, гелиосфера имеет форму почти сферического пузыря.

 

«Вместо вытянутого, “кометообразного” хвоста, гелиосфера становится похожа на “пузырь”, поскольку на нее воздействуют сильные магнитные поля межзвездной среды, гораздо более сильные, чем считалось до сих пор», – объясняет Костас Диалинас.

 

Гелиопауза солнечной системы

 

Стоит вспомнить, что зонд Cassini работает в системе Сатурна, проводя изучение газового гиганта, его колец и спутников. Однако на борту его действует детектор ионов, предназначенный для исследований магнитосферы планеты. В данных этого детектора Диалинасу и его коллегам удалось выделить сигнал нейтральных частиц, отраженных внешней границей гелиосферы. В этой далекой области, совершив многолетнее путешествие от самого Солнца, частицы могут сталкиваться с частицами межзвездной среды, отдавать им свой заряд и отражаться обратно уже в виде нейтральных атомов. Этот механизм использовался при изучении гелиосферы зондом IBEX, но дополнительные данные Cassini позволили существенно уточнить его результаты.

 

Стоит добавить, что интенсивность солнечного ветра сильно меняется в ходе 11-летнего цикла активности звезды. Это создает своего рода «волны» плазмы, летящей к границам гелиосферы – и такие же, хотя и очень слабые, «волны» отраженных нейтральных частиц. Это, в свою очередь, позволяет соотнести частицы, вернувшиеся с разных направлений, друг с другом. Такой подход и позволил астрономам заметить, что и со стороны «носа», и со стороны «хвоста» гелиосферы сигнал приходит примерно одновременно, спустя 2–3 года после отражения на границе. А значит, никакого хвоста у нее нет.

Источник: naked-science.ru


You May Also Like

About the Author: admind

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *

Этот сайт использует Akismet для борьбы со спамом. Узнайте, как обрабатываются ваши данные комментариев.