Genopfatter vores solsystemers beskyttende boble, heliosfæren

Du lever i en boble. Ikke en metaforisk boble – en ægte, bogstavelig boble. Men bare rolig, det er ikke kun dig. Hele planeten, og hver anden planet i solsystemet, for den sags skyld, er også i boblen. Og, vi skylder det måske bare vores eksistens.

Rumfysikere kalder denne boble heliosfæren. Det er en stor region, strækker sig mere end dobbelt så langt som Pluto, der kaster et magnetisk "kraftfelt" rundt om alle planeterne, afbøjning af ladede partikler, der ellers ville bevæge sig ind i solsystemet og endda rive gennem dit DNA, skulle du være så uheldig at komme i vejen for dem.

Heliosfæren skylder sin eksistens til samspillet mellem ladede partikler, der strømmer ud af solen (den såkaldte "solvind") og partikler uden for solsystemet. Selvom vi tænker på rummet mellem stjernerne som værende helt tomt, det er faktisk optaget af en tynd bouillon af støv og gas fra andre stjerner - levende stjerner, døde stjerner, og stjerner, der endnu ikke er født. Gennemsnit over hele galaksen, hvert rumvolumen på størrelse med sukkerterninger rummer kun et enkelt atom, og området omkring vores solsystem er endnu mindre tæt.

Solvinden skubber konstant ud mod dette interstellare stof. Men jo længere du kommer fra solen, jo svagere bliver skub. Efter ti milliarder af miles, de interstellare ting begynder at skubbe tilbage. Heliosfæren ender, hvor de to skubber balance ud. Men hvor går denne grænse, Nemlig, og hvordan ser det ud?

Merav Opher, professor i astronomi ved Boston University's College of Arts &Sciences og Center for Space Physics, har undersøgt de spørgsmål i næsten 20 år. Og på det seneste, hendes svar har vakt opsigt.

Fordi hele vores solsystem er i bevægelse gennem det interstellare rum, heliosfæren, på trods af dets navn, er faktisk ikke en kugle. Rumfysikere har længe sammenlignet dens form med en komet, med en rund "næse" på den ene side og en lang hale, der strækker sig i modsat retning. Søg på nettet efter billeder af heliosfæren, og dette er billedet, du helt sikkert vil finde.

Men i 2015 ved hjælp af en ny computermodel og data fra rumfartøjet Voyager 1, Opher og hendes medforfatter James Drake fra University of Maryland kom til en anden konklusion:de foreslog, at heliosfæren faktisk er formet som en halvmåne - ikke ulig en friskbagt croissant, faktisk. I denne "croissant" model, to stråler strækker sig nedstrøms fra næsen i stedet for en enkelt fade-away hale. "Det startede samtalen om heliosfærens globale struktur, " siger Opher.

Hendes var ikke det første papir, der antydede, at heliosfæren var noget andet end kometformet, hun påpeger, men det gav fokus på en ny energisk debat. "Det var meget omstridt, " siger hun. "Jeg blev banket ved hver konference! Men jeg holdt fast ved mine våben."

Derefter, to år efter "croissant"-debatten begyndte, aflæsninger fra Cassini rumfartøjet, som kredsede om Saturn fra 2004 til 2017, foreslog endnu en vision af heliosfæren. Ved at tidsindstille partikler, der ekkoer uden for heliosfærens grænse, og korrelere dem med ioner målt af det dobbelte Voyager-rumfartøj, Cassini-forskere konkluderede, at heliosfæren faktisk er meget næsten rund og symmetrisk:hverken en komet eller en croissant, men mere som en badebold. Deres resultat var lige så kontroversielt som croissanten. "Man accepterer ikke den slags forandring let, " siger Tom Krimigis, der ledede eksperimenter på både Cassini og Voyager. "Hele det videnskabelige samfund, der arbejder i dette område, havde i over 55 år antaget, at heliosfæren havde en komethale."

Nu, Opher, Drake, og kollegerne Avi Loeb fra Harvard University og Gabor Toth fra University of Michigan har udtænkt en ny tredimensionel model af heliosfæren, der kunne forene "croissanten" med badebolden. Deres arbejde blev udgivet i Natur astronomi den 16. marts.

I modsætning til de fleste tidligere modeller, som antog, at ladede partikler i solsystemet alle svæver omkring den samme gennemsnitstemperatur, den nye model opdeler partiklerne i to grupper. Først er ladede partikler, der kommer direkte fra solvinden. For det andet er det, som rumfysikere kalder "pickup"-ioner. Disse er partikler, der drev ind i solsystemet i en elektrisk neutral form - fordi de ikke afbøjes af magnetiske felter, neutrale partikler kan "bare gå lige ind, " siger Opher - men fik så deres elektroner slået af.

New Horizons rumfartøjet, som nu udforsker rummet hinsides Pluto, har afsløret, at disse partikler bliver hundredvis eller tusindvis af gange varmere end almindelige solvindioner, når de bliver båret med af solvinden og fremskyndet af dens elektriske felt. Men det var kun ved at modellere temperaturen, tæthed og hastighed af de to grupper af partikler hver for sig, at forskerne opdagede deres store indflydelse på heliosfærens form.

Den form, ifølge den nye model, opdeler faktisk forskellen mellem en croissant og en kugle. Kald det en tømt badebold, eller en løgformet croissant:uanset hvad, det ser ud til at være noget, både Ophers hold og Cassini-forskerne kan blive enige om.

Den nye model ser meget anderledes ud end den klassiske kometmodel. Men de to kan faktisk være mere ens, end de ser ud til, siger Opher, afhængig af præcis hvordan du definerer kanten af ​​heliosfæren. Tænk på at transformere et gråtonebillede til sort/hvid:Det endelige billede afhænger meget af, præcis hvilken gråtone du vælger som skillelinjen mellem sort og hvid.

Så hvorfor bekymre sig om heliosfærens form, alligevel? Forskere, der studerer exoplaneter - planeter omkring andre stjerner - er meget interesserede i at sammenligne vores heliosfære med dem omkring andre stjerner. Kunne solvinden og heliosfæren være nøgleingredienser i opskriften på livet? "Hvis vi vil forstå vores miljø, må vi hellere forstå hele vejen gennem denne heliosfære, siger Loeb, Ophers samarbejdspartner fra Harvard.

Og så er der spørgsmålet om de DNA-nedbrydende interstellare partikler. Forskere arbejder stadig på, hvad Nemlig, de betyder for livet på Jorden og på andre planeter. Nogle tror, ​​at de faktisk kunne have hjulpet med at drive de genetiske mutationer, der førte til liv som os, siger Loeb. "I den rigtige mængde, de indfører ændringer, mutationer, der tillader en organisme at udvikle sig og blive mere kompleks, " siger han. Men dosen gør giften, som man siger. "Der er altid en hårfin balance, når vi beskæftiger os med livet, som vi kender det. For meget af det gode er en dårlig ting, siger Loeb.

Når det kommer til data, selvom, der er sjældent for meget af det gode. Og mens modellerne ser ud til at konvergere, de er stadig begrænset af en mangel på data fra solsystemets yderområder. Det er grunden til, at forskere som Opher håber at få NASA til at lancere en næste generation af interstellar sonde, der vil skære en sti gennem heliosfæren og direkte detektere pickup-ioner nær heliosfærens periferi. Indtil nu, kun rumfartøjerne Voyager 1 og Voyager 2 har passeret den grænse, og de blev lanceret for mere end 40 år siden, bærende instrumenter fra en ældre æra, der var designet til at gøre et andet job. Missionsfortalere baseret på Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory siger, at en ny sonde kunne starte et stykke tid i 2030'erne og begynde at udforske kanten af ​​heliosfæren 10 eller 15 år efter det.

"Med Interstellar Probe håber vi at løse i det mindste nogle af de utallige mysterier, som Voyagers begyndte at afsløre, " siger Opher. Og det, hun tænker, er ventetiden værd.