Гелиопауза что это такое

Спасительный солнечный ветер

На краю нашей солнечной системы идет постоянная борьба между солнечным ветром и межзвездными лучами. Космический аппарат Voyager 2 прошел через линию фронта.

Поток горячих заряженных частиц, постоянно изливающийся из Солнца, омывает всю солнечную систему радиацией, делая невозможной жизнь на любой планете, не защищенной атмосферой.

В прямом и переносном смысле дует солнечный ветер — но, как показывают новые наблюдения с края нашей солнечной системы, он также защищает все, к чему прикасается, от еще более разрушительных сил межзвездного пространства.

Поскольку солнечный ветер течет на миллиарды километров во всех направлениях, он создает пузырь энергии, который окружает всю нашу солнечную систему. На краю этого пузыря, где солнечный ветер, наконец, сталкивается с мощными космическими лучами, проходящими через межзвездное пространство, находится горячая стена плазмы, называемая гелиопаузой.

Эта космическая граница расположена примерно на расстоянии в 120 астрономических единиц (1 а.е

150 млн. км), где она помогает отклонять и ослаблять мощное излучение, испускаемое звездами и взрывами сверхновых.

Теперь, в серии исследований, опубликованных в журнале Nature Astronomy, астрономы впервые непосредственно проанализировали эту космическую границу, используя данные, собранные космическим кораблем Voyager 2, который прошел через гелиопаузу в межзвездное пространство.

В то время как Voyager 2 смог совершить плавный переход через гелиопаузу примерно за день, исследователи обнаружили, что плазменный барьер был значительно горячее и толще, чем предполагалось в предыдущих исследованиях, эффективно формируя физический экран между нашей солнечной системой и межзвездным пространством.

По словам соавтора исследования Эдварда Стоуна, астронома из Калифорнийского технологического института, который работал над программой Voyager с момента ее запуска в 1977 году, этот щит предотвращает проникновение около 70% космического излучения в нашу солнечную систему.

«Гелиопауза — это поверхность контакта, где сталкиваются два ветра — ветер солнца и ветер из космоса, который исходит от сверхновой, взорвавшейся миллионы лет назад», — сказал Стоун на пресс-конференции, посвященной новым исследованиям Voyager. «Только около 30% того, что находится вне пузыря, может попасть внутрь».

В ноябре 2018 года зонд НАСА Voyager 2 прошел гелиопаузу, став вторым искусственным объектом в истории, покинувшим нашу солнечную систему. (Его двойник, Voyager 1, стал первым в августе 2012 года — однако, Voyager 1 не смог точно проанализировать границу из-за неисправности датчика.)

Согласно информации, собранной Voyager 2 во время полета, температура в гелиопаузе достигла 31 000 градусов по Цельсию, что примерно вдвое больше, чем предсказывали предыдущие астрономические модели, что предполагает гораздо более сильное столкновение между солнечным ветром и космическими лучами, чем когда-либо предсказывали ученые.

В то время как горячая, толстая плазменная стена гелиопаузы защищает нашу солнечную систему от большинства вредных лучей, проникающих из внешнего космоса, исследователи также обнаружили, что границы гелиопаузы не так однородны, как предполагалось.

Край гелиопаузы, в конце концов, не является идеальным «пузырем», а содержит пористые отверстия, которые позволяют межзвездному излучению проникать в определенные точки.

Инструменты Voyager 2 обнаружили два таких отверстия на нашей стороне гелиопаузы, где уровни радиации резко возросли, а затем снова упали. В конце концов, когда уровни космической радиации взлетели и остались такими, стало ясно, что «Вояджер-2» вошел в новую область космоса, за пределами нашей солнечной системы.

Оболочка горячего заряженного потока частиц, защищающая нашу солнечную систему, может быть не идеальной, но, как подтвердил Voyager 2, она является частью того барьера, который отделяет наш космический дом от смертельного межзвездного излучения.

Источник

Гелиопауза что это такое

ГЕЛИОСФЕРА

Расстояние границы гелиосферы от Солнца определяется балансом динамического давления солнечного ветра и давления межзвёздного газа и магнитного поля. Так как Солнечная система движется относительно межзвёздной среды со скоростью 20-25 км/с, то гелиосфера несферична. Теоретические оценки и косвенные экспериментальные данные показывают, что минимальное расстояние ударной волны от Солнца равно 50-200 а.е., а расстояние контактной поверхности (гелиопаузы) от ударной волны примерно в 2-3 раза меньше. Поскольку межзвёздный газ движется относительно Солнца со сверхзвуковой скоростью, то за контактной поверхностью находится, внешняя ударная волна (головная), в которой происходит торможение межзвёздной плазмы. На больших расстояниях от Солнца (более 10 а. е.) солнечный ветер влияет только на движение ионизованного компонента межзвёздной среды. На движение нейтральных атомов солнечная радиация и другие факторы начинают заметно влиять только на расстояниях примерно 5 а. е. от Солнца.

• Солнце: солнечный ветер

Солнечный ветер представляет собой поток частиц (ионизированных атомов солнечной короны) и полей, в частности, магнитных. По мере того как Солнце вращается, делая оборот за 27 суток, магнитное поле, переносимое солнечным ветром, принимает форму спирали.

• Солнце: гелиосферный токовый слой

Гелиосферный токовый слой представляет собой «рябь» в гелиосфере, которая создаётся магнитным полем Солнца, вращающимся и меняющим свою полярность. Гелиосферный токовый слой представляет собой поверхность в пределах Солнечной системы, при пересечении которой изменяется полярность магнитного поля Солнца. Эта поверхность простирается вдоль экваториальной плоскости Солнца и достигает границ гелиосферы. Гелиосферный токовый слой вращается вместе с Солнцем, делая один оборот за 27 дней.В процессе вращения Солнца его магнитное поле извивается в особой формы спираль.

Гелиосферный токовый слой (показан до орбиты Юпитера)

ГЕЛИОСФЕРА

ВНЕШНЯЯ СТРУКТУРА:
Внешняя структура гелиосферы определяется взаимодействием солнечного ветра с потоком частиц в межзвёздном пространстве. Потоки солнечного ветра движутся во все стороны от Солнца, вблизи Земли имея скорости в несколько сотен километров в секунду. На определённом расстоянии от Солнца, далеко за орбитой Нептуна, этот сверхзвуковой поток начинает снижать свою скорость. Это торможение происходит в несколько этапов:

ГЕЛИОСФЕРА

• Гелиосферная ударная волна

• Головная ударная волна

Источник

За пределами Солнечной системы

Почти все, изучая в школе астрономию или просто интересуясь звездным небом, более или менее представляют себе Солнечную систему. Знают, что ее центром является наше светило, вокруг которого по своим орбитам вращаются различные небесные тела. Но Вселенная не заканчивается на этом. Она безгранична. Так что же там, за пределами Солнечной системы?

Благодаря использованию орбитального телескопа Кеплер удалось найти много обитаемых планет. Так же мы побывали вне нашей области галактики благодаря межпланетной станции НАСА, запущенной в 70-х годах 20 века. Этот зонд является вершиной технологических и инженерных достижений того времени.

Фото орбитального телескопа Кеплер

Запустили его в далеком 2009 году. В задачи Кеплера входило обнаружение внесолнечных планет. Спустя пару лет ученые начали получать множество снимков. И по последним из них стало очевидно, что зонд справился с поставленной задачей намного лучше, чем ожидалось. И, как говорят ученые, работающие в проекте, таких планетоподобных объектов много. Завершив подсчеты, они полагают, что приблизительно 1,2 % звезд имеют схожие с нашей Землей планеты.

Границы Солнечной системы

Принятая в астрономии граница Солнечной системы начинается на удалении порядка 4,5 миллиарда километров на радиусе орбиты самой дальней планеты Нептун. Здесь же начинается пояс Койпера – масса карликовых ледяных тел, в состав пояса входит Плутон, который до 2006 года считался полноценной планетой.

Где заканчивается Солнечная система? На этот вопрос ответим так. Известный нам мир заканчивается на удалении 14 миллиардов километров. Здесь спровоцированный нашим светилом поток ионизированных космических частиц сталкивается с межзвёздным веществом, еще называемый солнечный ветер, и создает ударную волну. В этой области начинается межзвездное пространство, образуя конечную границу. При этом гравитация центральной звезды еще действует, но ее величина уже достаточно мала. Покидая мир рядом с Солнцем, мы надеемся найти фрагмент Вселенной, аналогичный нашему.

Очень жаль, что звездолёт, который позволит полететь человеку за переделы Солнечной системы, еще не изобретён.

Гелиопауза Солнечной системы

Как понять что такое Гелиопауза? Это мнимая граница, что возникла меж внешним слоем солнечного ветра и газом, движущимся в межзвёздной среде. Расстояние, на котором происходит мнимое ограничение гелиосферы. примерно 100 а.е. от нашего светила.

Как раз саму гелиопаузу смог пересечь «Вояджер» в уже далеком августе 2013. Он попал в область, которую астрономы назвали как «смешанная переходная зона межзвездного пространства». Несмотря на такое удаление от нашего дома, Вояджеру предстоит еще огромный путь через облако Оорта. Еще ни один десяток тысяч лет космический зонд на себе будет чувствовать притяжение нашего светила.

Что находится за пределами Солнечной системы?

Фото орбитального телескопа Вояджер 1

Американские корабли серии Вояджер были запущены в 1977 году учеными НАСА с целью исследования окраин области влияния Солнца, поиска и исследования внесолнечных планет. Оба беспилотника успешно достигли Сатурна и Юпитера, передав на землю четкие качественные снимки газовых гигантов. После чего Вояджер-2 пошел к Урану и Нептуну, а Вояжер-1 направился к границам нашей системы. К 2100 году, то есть более, чем через 80 лет Вояджер-1 окажется на расстоянии около 65 миллиардов километров от Солнца и полностью покинуть пределы Солнечной системы. На сегодня это единственный робот, отдалившийся от Солнца на такое расстояние. На борту Вояджера находится информация о Земле, ее положении в Космосе, ее жителях, флоре и фауне.

Медная пластина с информацией о Земле

Вы знали? Пять космических аппаратов достигли достаточной скорости для путешествия за пределы нашей Солнечной системы. Voyager 1 перешел в межзвездное пространство в 2012 году. Voyager 2 и New Horizons все еще активны и скоро перейдут в пространство между звездами. Пионеры 10 и 11 также достигли скорости вылета. При этом оба космических аппарата неактивны в течение многих лет. Именно благодаря этим зондам и множеству исследований мы знаем, что находится за Солнечной системой.

Последним рубежом, еще как-то связывающим пространство с Солнцем, является облако Оорта. Оно представлено большим скоплением ледяных глыб. Именно из этой области под воздействием ударной волны и других физических процессов в сторону Солнца периодически устремляются кометы.

И последний важный рубеж, который обрывает любую гравитационную связь с нашей звездой – 9,5 триллионов километров – величина, равная одному световому году.

Планеты вне Солнечной системы

За облаком Оорта начинается реальная пустота, о свойствах которой уже не одно десятилетие спорят астрофизики разных стран. Можно смело говорить, что мир Солнца тут окончен.

Представление художница мира за границей нашей системы

Расчёты показали, что ближайшая соседняя звезда находится на расстоянии четырех световых лет. Кроме того, современные способы изучения космического пространства позволяют ученым обнаруживать экзопланеты. Экзо – с греческого переводится как снаружи, вне (чего-то). То есть в данном случае это внесолнечные планеты.

Визуально обнаружить эти небесные тела невозможно. Это объясняется тем, что они отражают свет своей звезды в сторону, противоположную от Солнца. Для их обнаружения ученые применяют два способа:

Физический смысл метода лучевых скоростей основан на фиксации изменений смены длин, излучаемых световых волн при прохождении планетой траверза Земли, то есть на Доплеровском эффекте. При методе транзитов используется процесс наблюдения за затмением близлежащей звезды, которую перекрывает проходящая между Землей и соседней звездой искомая планета. Фиксируя величину и продолжительность закрытия планетой звезды, ученые ждут повторного закрытия. Минус в долгом ожидании повторного затмения, которое может достигать нескольких земных лет.

Ученые уже выявили 1235 экзопланет, расположенных только в созвездии Лебедя. Оно находится в нашей галактике. По первым подсчетам только одна наша галактика может иметь колоссальное количество планет, а именно — более миллиарда. На их поверхности или в подповерхностных слоях могут существовать живые организмы. Большая часть таких миров расположена ближе к центру галактики. Такие предположения были и раньше, но сейчас, благодаря новейшим космическим исследованиям, это подтверждается наукой.

Классификация экзопланет

Для удобства классификации, открытые экзопланеты ученые, условно, разделили на группы:

Конечно, изучая пространство за пределами нашей звездной системы, человек пытается найти подобные себе формы жизни и хоть на немного приблизиться к разгадкам тайн Вселенной.

Некоторые известные экзопланеты

Kepler-186f

Эта экзопланета расположилась в созвездии Лебедь, вращаясь на своей орбите вокруг звезды Kepler-186. Её размер практически равен размеру Земли. Ученые предполагают, что она имеет твердую поверхность, но информация о массе и химическом составе пока не известна.

Период вращения вокруг своей звезды составляет всего 130 наших суток. При этом Kepler-186f получает энергии от своего светила всего 30 процентов, от той, что получает от Солнца Земля. Состав атмосферы пока установить нельзя, но теоретики говорят о схожести с земным. Освещенность на ней такая, как и у нас. Это открытие для нас важно тем, что есть и другие планеты земных размеров, при этом их орбиты находятся в «зоне жизни».

Kepler-186f и Земля

Kepler-10-C

Найдена в созвездии Дракон, и относится к типу «суперземля». Её светило — желтый карлик, которому 12 млрд. лет. Температура на Kepler — 5600 K, масса 7.4 земных. Первоначальные измерения указывали, что она имеет каменистую структуру. Но дальнейшие исследования д говорят о том, что планета является нестабильной.

Kapteyn b

Источник

«Вояджеры» помогли прояснить структуру гелиосферы 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.

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

Настоящая форма гелиосферы: забудьте, чему вас учили в школе

Полученные в школьные годы знание о строении Солнечной системы и межпланетного пространства со временем забываются, так как не находят практического применения. Очерёдность планет, количество календарных дней на них, число скорости света и гелиосфера – всё это пригождается в лучшем случае для разговора на светском вечере, чтобы произвести приятное впечатление на оппонента.

Подобно Шерлоку Холмсу, который был совсем не против геоцентрической системы устройства Вселенной, современные люди, в большинстве, не заморачиваются удерживать в своём «чердаке» сотню другую интересных фактов, в том числе и об устройстве гелиосферы Солнечной системы.

Между тем, понимание взаимоотношения разных частиц в космическом пространстве в целом, и гелиосфере Солнца, в частности, – позволяет успешно анализировать их влияние на нашу жизнь, что может быть полезно, например, для метеочувствительных людей.

Из чего состоит гелиосфера Солнечной системы

Каждая планета Солнечной системы, включая Землю, заключена в так называемые «пузыри» солнечного ветра, который наша звезда извергает на сверхзвуковых скоростях. Такое происходит в космосе с любой звездой, и Солнце, в этом плане, не исключение. Разумеется, у остальных звёзд, данные ветра носят названия по аналогии с нашим светилом.

Частицы, составляющие солнечный ветер, формируют невидимое магнитное поле, которое защищает нас от остального межзвездного пространства. Именно такой пузырь звёздного газа и именуют гелиосферой.

В течение десятилетий астрономы анализировали эту систему излучения и магнетизма, создавая 3D-карту гелиосферы Солнца, для обозначения её границ, чтобы выяснить, как она выглядит.

Что такое конец гелиосферы?

Известно что скорость солнечного ветра начинается от 4 млн км/ч. Покинув начальную точку, он постепенно начинает испытывать давление межзвёздного пространства, при этом, тоже оказывая влияние на него, своим «продавливанием» вглубь космоса. Когда это внутреннее и внешнее давления уравновешиваются, то на их границе возникает состояние гелиопаузы. По сути, это и есть граница гелиосферы.

Однако резонно возникает вопрос – а на каком расстоянии происходит это самое равновесие? Ответом на это может послужить модель, полученная в 2020 году в результате сотрудничества экспертов из нескольких университетов. Она предполагает, что размеры гелиосферы Солнца и её внешний вид может объединять практически всех известные на данный момент теории.

Как учёные рассчитали границы гелиосферы?

В последние годы, помимо двух вышеуказанных теорий о границах и размерах гелиосферы Солнца, появились и две другие формы, которые кажутся ученым наиболее вероятными. В 2015 году данные космического корабля Voyager 1 свидетельствовали о наличии двух хвостов, из-за которых гелиосфера больше напоминала странный «круассан». Два года спустя данные миссии Cassini показали, что мы должны полностью избавиться от концепции хвоста, превратив гелиосферу в гигантский пляжный мяч.

«Не легко принять такого рода изменения. Все научное сообщество, работающее в этой области, более 55 лет предполагало, что у гелиосферы есть хвост как у кометы», — поясняет Том Кримигис, который проводил эксперименты на «Кассини» и «Вояджере».

Но нам, возможно, придется еще раз переосмыслить наши предположения. Все потому, что если предложенная физиками модель верна, гелиосфера Солнца вполне может иметь форму как спущенного пляжного мяча, так и выпуклого круассана. Как это возможно? На самом деле все зависит попросту от того, где и как вы определяете её границу.

Считается, что гелиосфера простирается более чем в два раза дальше Плутона. На этой дистанции солнечный ветер постоянно наталкивается на межзвездную материю, защищая нас от заряженных частиц, которые в противном случае могли бы превратить Солнечную систему в решето. Но выяснить, где именно существует эта граница гелиосферы, всё равно, что попытаться выяснить, какой оттенок серого должен отличать черный от белого.

Однако используя данные космического корабля New Horizons, который сейчас исследует космос за пределами Плутона, астрономы наконец нашли способ разделить две стороны. Вместо того, чтобы предполагать, что все заряженные частицы одинаковы, новая модель разделяет их на две группы: заряженные частицы от солнечного ветра и нейтральные частицы, дрейфующие в гелиосфере Солнечной системе.

В отличие от заряженных частиц в межзвездном пространстве, эти нейтральные «поглощающие ионы» могут легко проскользнуть через гелиосферу Солнца до того, как их электроны будут сбиты. Сравнивая температуру, плотность и скорость поглощающих ионов с солнечными волнами, команда и нашла способ определить форму гелиосферы.

«Истощение [поглощающих ионов] из-за взаимодействия с нейтральными атомами водорода межзвездной среды охлаждает гелиосферу, приводя ее к меньшей и более округлой форме. Такая модель подтверждает данные, полученные «Кассини»», — пишут авторы.

Другими словами: в зависимости от того, какую точку вы выберете, чтобы определить границу, гелиосфера Солнца может выглядеть и как спущенная сфера, и как полумесяц. Но это лишь самая базовая модель, которая может измениться с будущем – астрономам лишь остается добывать все новые данные, чтобы в конце концов их теория соответствовала истине на 100%. Однако уже сейчас известно что точное расстояние рт Солнца до переднего фронта гелиосферы составляет 120 астрономических единиц (1 а.е. — это расстояние от Земли до Солнца), а длина хвоста гелиосферы составила 350 а.е.

Источник