NASA raket til at undersøge solsystemets forrude

Elleve milliarder miles væk - mere end fire gange afstanden fra os til Pluto - ligger grænsen for vores solsystems magnetiske boble, heliopausen. Her er solens magnetfelt, strækker sig gennem rummet som et usynligt spindelvæv, svimler til ingenting. Det interstellare rum begynder.

"Det er virkelig den største grænse af sin art, vi kan studere, " sagde Walt Harris, rumfysiker ved University of Arizona i Tucson.

Vi ved stadig lidt om, hvad der ligger ud over denne grænse. Heldigvis, stumper af interstellar rum kan komme til os, passerer lige gennem denne grænse og går ind i solsystemet.

En ny NASA-mission vil studere lys fra interstellare partikler, der er drevet ind i vores solsystem, for at lære om det interstellare rums nærmeste rækkevidde. Missionen, kaldet Spatial Heterodyne Interferometric Emission Line Dynamics Spectrometer, eller SHIELDS, vil have sin første mulighed for at sende ombord på en suborbital raket fra White Sands Missile Range i New Mexico den 19. april, 2021.

Hele vores solsystem driver i en klynge af skyer, et område ryddet af gamle supernova-eksplosioner. Astronomer kalder denne region for den lokale boble, et aflangt plot af rummet omkring 300 lysår langt inden for den spiralformede Orion-arm af vores Mælkevejsgalakse. Den indeholder hundredvis af stjerner, inklusive vores egen sol.

Vi farer dette interstellare hav i vores trofaste fartøj, heliosfæren, en meget mindre (men stadig gigantisk) magnetisk boble blæst op af Solen. Mens vi kredser om Solen, selve solsystemet, indkapslet i heliosfæren, suser gennem den lokale boble omkring 52, 000 miles i timen (23 kilometer i sekundet). Interstellare partikler kaster næsen af ​​vores heliosfære som regn mod en forrude.

Vores heliosfære ligner mere en gummiflåde end en træsejlbåd:Dens omgivelser former dens form. Det komprimerer ved trykpunkter, udvides, hvor det giver efter. Præcis hvordan og hvor vores heliosfæres foring deformeres, giver os fingerpeg om arten af ​​det interstellare rum udenfor. Denne grænse – og eventuelle deformiteter i den – er hvad Walt Harris, hovedefterforsker for SHIELDS-missionen, er efter.

SHIELDS er et teleskop, der vil starte ombord på en sonderende raket, et lille køretøj, der flyver til rummet i et par minutters observationstid, før det falder tilbage til Jorden. Harris' team lancerede en tidligere iteration af teleskopet som en del af HYPE-missionen i 2014, og efter at have ændret designet, de er klar til at starte igen.

SHIELDS vil måle lys fra en speciel population af brintatomer, der oprindeligt kommer fra det interstellare rum. Disse atomer er neutrale, med et afbalanceret antal protoner og elektroner. Neutrale atomer kan krydse magnetiske feltlinjer, så de siver gennem heliopausen og ind i vores solsystem næsten uberørt – men ikke helt.

De små effekter af denne grænseoverskridelse er nøglen til SHIELDS' teknik. Ladede partikler flyder rundt i heliopausen, danner en barriere. Neutrale partikler fra det interstellare rum skal passere gennem denne kappe, som ændrer deres veje. SHIELDS blev designet til at rekonstruere de neutrale partiklers baner for at bestemme, hvor de kom fra, og hvad de så undervejs.

Få minutter efter lanceringen, SHIELDS vil nå sin højeste højde på omkring 186 miles (300 kilometer) fra jorden, langt over den absorberende effekt af Jordens atmosfære. Peger sit teleskop mod næsen af ​​heliosfæren, det vil detektere lys fra ankommende brintatomer. At måle, hvordan lysets bølgelængde strækker sig eller trækker sig sammen, afslører partiklernes hastighed. Alt i alt, SHIELDS vil producere et kort for at rekonstruere formen og varierende tæthed af stof ved heliopausen.

Dataene, Harris håber, vil hjælpe med at besvare fristende spørgsmål om, hvordan det interstellare rum er.

For eksempel, astronomer mener, at den lokale boble som helhed er omkring 1/10 af så tæt som det meste af resten af ​​galaksens hovedskive. Men vi kender ikke detaljerne - f.eks. er stof i den lokale boble fordelt jævnt, eller samlet i tætte lommer omgivet af ingenting?

"Der er meget usikkerhed om den fine struktur af det interstellare medium - vores kort er lidt rå, " sagde Harris. "Vi kender de generelle konturer af disse skyer, men vi ved ikke, hvad der sker indeni dem."

Astronomer ved heller ikke meget om galaksens magnetfelt. Men det burde efterlade et mærke på vores heliosfære, som SHIELDS kan registrere, at komprimere heliopausen på en bestemt måde baseret på dens styrke og orientering.

Endelig, at lære, hvordan vores nuværende plot af interstellare rum er, kunne være en nyttig guide for den (fjerne) fremtid. Vores solsystem passerer netop gennem vores nuværende plads. I omkring 50, 000 år, vi er på vej ud af den lokale boble og videre til hvem ved hvad.

"Vi ved ikke rigtig, hvordan den anden sky er, og vi ved ikke, hvad der sker, når du krydser en grænse ind i den sky, " sagde Harris. "Der er stor interesse i at forstå, hvad vi sandsynligvis vil opleve, når vores solsystem laver den overgang."

Ikke at vores solsystem ikke har gjort det før. I løbet af de sidste fire milliarder år, Harris forklarer, Jorden har passeret gennem en række interstellare miljøer. Det er bare, at nu er vi omkring, med de videnskabelige værktøjer til at dokumentere det.

"Vi prøver bare at forstå vores plads i galaksen, og hvor vi er på vej hen i fremtiden, " sagde Harris.