Изучение защитного пузыря нашей солнечной системы

 


Так вот как выглядит гелиосфера? Исследования, проведенные BU, показывают это. Размер и форма магнитного “силового поля”, которое защищает нашу солнечную систему от смертоносных космических лучей, уже давно обсуждаются астрофизиками.  Мерав Офер и др.


Многопрофильная команда астрофизиков со штаб-квартирой в Бостонском университете, возглавляемая астрофизиком Меравом Офером, сделала прорывное открытие в нашем понимании космических сил, которые формируют защитный пузырь, окружающий нашу солнечную систему—пузырь, который укрывает жизнь на Земле и известен космическим исследователям как гелиосфера.


Астрофизики считают, что гелиосфера защищает планеты в пределах нашей Солнечной системы от мощного излучения, исходящего от сверхновых, последних взрывов умирающих звезд по всей Вселенной. Они считают, что гелиосфера простирается далеко за пределы нашей Солнечной системы, но, несмотря на массивный буфер от космического излучения, который гелиосфера обеспечивает жизненным формам Земли, никто на самом деле не знает форму гелиосферы-или, если уж на то пошло, ее размер.


"Какое это имеет отношение к обществу? Пузырь, который окружает нас, созданный Солнцем, обеспечивает защиту от галактических космических лучей, и его форма может повлиять на то, как эти лучи попадают в гелиосферу", - говорит Джеймс Дрейк, астрофизик из Мэрилендского университета, который сотрудничает с Офером. "Существует множество теорий, но, конечно, на то, как могут проникать галактические космические лучи, может влиять структура гелиосферы—у нее есть морщины, складки и тому подобное?"


Команда Офера создала одни из самых убедительных компьютерных симуляций гелиосферы, основанных на моделях, построенных на наблюдаемых данных и теоретической астрофизике. В БУ, в Центре космической физики, Офер, профессор астрономии Колледжа искусств и наук, возглавляет Научный центр NASA DRIVE ("Разнообразие", "Реализация", "Интеграция", "Венчурное предприятие", "Образование"), который финансируется НАСА на сумму 1,3 миллиона долларов. Эта команда, состоящая из экспертов, набранных из 11 других университетов и научно-исследовательских институтов, разрабатывает прогнозные модели гелиосферы в рамках проекта, который команда называет SHIELD (Солнечный ветер с обменом ионами водорода и крупномасштабной динамикой).


С тех пор как Научный центр НАСА НАСА впервые получил финансирование в 2019 году, команда Opher's SHIELD искала ответы на несколько загадочных вопросов: какова общая структура гелиосферы? Как его ионизированные частицы эволюционируют и влияют на гелиосферные процессы? Как гелиосфера взаимодействует и влияет на межзвездную среду, материю и излучение, существующие между звездами? И как космические лучи фильтруются или транспортируются через гелиосферу?


"ЩИТ сочетает в себе теорию, моделирование и наблюдения для создания всеобъемлющих моделей", - говорит Офер. "Все эти различные компоненты работают вместе, чтобы помочь понять загадки гелиосферы".


И теперь статья, опубликованная Офером и его сотрудниками в астрофизическом журнале, показывает, что нейтральные частицы водорода, поступающие из-за пределов нашей Солнечной системы, скорее всего, играют решающую роль в том, как формируется наша гелиосфера.


В своем последнем исследовании команда Офера хотела понять, почему гелиосферные струи—цветущие столбы энергии и материи, похожие на другие типы космических струй, встречающиеся по всей Вселенной,—становятся нестабильными. "Почему звезды и черные дыры—и наше собственное солнце—выбрасывают нестабильные струи?" Говорит Офер. "Мы видим, что эти струи выступают в виде нерегулярных колонн, и [астрофизики] годами задавались вопросом, почему эти формы представляют нестабильность".

Аналогичным образом, модели ЗАЩИТНЫХ ЭКРАНОВ предсказывают, что гелиосфера, движущаяся в тандеме с нашим солнцем и охватывающая нашу солнечную систему, не кажется стабильной. Другие модели гелиосферы, разработанные другими астрофизиками, как правило, изображают гелиосферу как имеющую форму кометы, со струей-или "хвостом"—струящейся позади нее. Напротив, модель Офера предполагает, что гелиосфера имеет форму круассана или даже пончика.


В чем причина этого? Нейтральные частицы водорода, называемые так потому, что они имеют одинаковое количество положительного и отрицательного заряда, которые вообще не имеют заряда.


"Они проходят потоком через солнечную систему", - говорит Офер. Используя вычислительную модель, подобную рецепту, чтобы проверить влияние "нейтралов" на форму гелиосферы, она " взяла один ингредиент из торта—нейтралы—и заметила, что струи, исходящие от солнца, формирующие гелиосферу, становятся супер стабильными. Когда я вставляю их обратно, все начинает изгибаться, центральная ось начинает покачиваться, и это означает, что что-то внутри гелиосферных струй становится очень нестабильным".


Подобная нестабильность теоретически могла бы вызвать возмущения в солнечных ветрах и струях, исходящих от нашего солнца, в результате чего гелиосфера раскололась бы—в форме круассана. Хотя астрофизики еще не разработали способы наблюдения за реальной формой гелиосферы, модель Офера предполагает, что присутствие нейтральных частиц, врезающихся в нашу солнечную систему, сделает невозможным равномерное течение гелиосферы, подобное падающей комете. И одно можно сказать наверняка—нейтралы определенно прокладывают себе путь в космосе.


Дрейк, соавтор нового исследования, говорит, что модель Офера "предлагает первое четкое объяснение того, почему форма гелиосферы меняется в северной и южной областях, что может повлиять на наше понимание того, как галактические космические лучи попадают на Землю и в околоземную среду". Это может повлиять на угрозу, которую радиация представляет для жизни на Земле, а также для астронавтов в космосе или будущих первопроходцев, пытающихся отправиться на Марс или другие планеты.


"Вселенная не спокойна", - говорит Офер. "Наша модель BU не пытается устранить хаос, что позволило мне точно определить причину [нестабильности гелиосферы].... Нейтральные частицы водорода".


В частности, присутствие нейтральных частиц, сталкивающихся с гелиосферой, вызывает явление, хорошо известное физикам, называемое нестабильностью Рэлея-Тейлора, которое возникает при столкновении двух материалов различной плотности, причем более легкий материал толкает более тяжелый материал. Это то, что происходит, когда нефть подвешена над водой, и когда более тяжелые жидкости или материалы подвешены над более легкими жидкостями. Гравитация играет определенную роль и порождает некоторые дико неправильные формы. В случае космических струй сопротивление между нейтральными частицами водорода и заряженными ионами создает эффект, аналогичный гравитации. "Пальцы", наблюдаемые, например, в знаменитой туманности Конская голова, вызваны нестабильностью Рэлея-Тейлора.


"Это открытие является действительно крупным прорывом, оно действительно направило нас в направлении выяснения того, почему наша модель получает свою особую гелиосферу в форме круассана, а другие модели-нет", - говорит Офер.

Обсудить:

0 comments:

Всегда рады услышать ваше мнение!