Studerer kanten af ​​solens magnetiske boble

Vores hjørne af universet, solsystemet, er beliggende inde i Mælkevejen, hjemsted for mere end 100 milliarder stjerner. Solsystemet er indkapslet i en boble kaldet heliosfæren, som adskiller os fra den store galakse hinsides – og noget af dens barske rumstråling.

Vi er beskyttet mod den stråling af heliosfæren, som selv er skabt af en anden strålingskilde:solen. Solen spyr konstant ladede partikler, kaldet solvinden, fra dens overflade. Solvinden flyder ud til omkring fire gange afstanden fra Neptun, bærer magnetfeltet fra solen med sig.

"Magnetiske felter har en tendens til at skubbe op mod hinanden, men ikke bland, sagde Erik Christian, en ledende heliosfæreforsker ved NASAs Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Inde i heliosfærens boble er stort set alle partikler og magnetiske felter fra solen. Udenfor er dem fra galaksen."

For at forstå heliosfæren, start med at skille ordet ad, foreslår David McComas, professor i astrofysiske videnskaber ved Princeton University i New Jersey. "Heliosphere" er kombinationen af ​​to ord:"Helios, "det græske ord for solen, og "sfære, "en bred region med indflydelse (skønt, for at være klar, videnskabsmænd er ikke sikre på heliosfærens nøjagtige form).

Heliosfæren blev opdaget i slutningen af ​​1950'erne, og der er mange spørgsmål tilbage. Som videnskabsmænd studerer heliosfæren, de lærer mere om, hvordan det reducerer astronauters og rumfartøjers eksponering for stråling og mere generelt, hvordan stjerner kan påvirke deres nærliggende planeter.

En ballon i rummet

Noget stråling omgiver os hver dag. Når vi solbader, vi soler os i stråling fra solen. Vi bruger stråling til at opvarme madrester i vores køkkenmikrobølger og er afhængige af det til medicinsk billeddannelse.

Rumstråling, imidlertid, er mere lig den stråling, der frigives af radioaktive grundstoffer som uran. Den rumstråling, der kommer til os fra andre stjerner, kaldes galaktisk kosmisk stråling (GCR). Aktive områder i galaksen - som supernovaer, sorte huller, og neutronstjerner - kan fjerne elektronerne fra atomer og accelerere kernerne til næsten lysets hastighed, producerer GCR.

På jorden, vi har tre lag af beskyttelse mod rumstråling. Den første er heliosfæren, som hjælper med at blokere GCR i at nå de store planeter i solsystemet. Derudover Jordens magnetfelt producerer et skjold kaldet magnetosfæren, som holder GCR væk fra Jorden og lavt kredsende satellitter som den internationale rumstation. Endelig, gasserne i Jordens atmosfære absorberer stråling.

Når astronauter tager til månen eller til Mars, de vil ikke have den samme beskyttelse, som vi har på Jorden. De vil kun have beskyttelsen af ​​heliosfæren, som svinger i størrelse gennem solens 11-årige cyklus.

I hver solcyklus, solen går gennem perioder med intens aktivitet og kraftige solvinde, og roligere perioder. Som en ballon, når vinden lægger sig, heliosfæren tømmes. Når den tager til, heliosfæren udvider sig.

"Den effekt heliosfæren har på kosmiske stråler giver mulighed for menneskelige udforskningsmissioner med længere varighed. På en måde, det giver mennesker mulighed for at nå Mars, sagde Arik Posner, en heliofysiker ved NASAs hovedkvarter i Washington, D.C. "Udfordringen for os er bedre at forstå samspillet mellem kosmiske stråler og heliosfæren og dens grænser."

Heliosfærens anatomi

Der er en vis debat om heliosfærens præcise form. Imidlertid, forskere er enige om, at det har flere lag. Lad os se på lagene indefra og udad:

• Afslutningschok:Alle de store planeter i vores solsystem er placeret i heliosfærens inderste lag. Her, solvinden kommer ud fra solen i fuld fart, omkring en million miles i timen, for milliarder af miles, upåvirket af trykket fra galaksen. Den ydre grænse af dette kernelag kaldes termineringschokket.
• Heliosheath:Ud over termineringschokket er heliosheath. Her, solvinden bevæger sig langsommere og afbøjes, når den møder trykket fra det interstellare medium udenfor.
• Heliopause:Heliopausen markerer det skarpe, endelig plasmagrænse mellem solen og resten af ​​galaksen. Her, de magnetiske felter i sol- og interstellarvinden skubber op mod hinanden, og det indre og ydre pres er i balance.
• Ydre Heliosheath:Regionen lige uden for heliopausen, som stadig er påvirket af tilstedeværelsen af ​​heliosfæren, kaldes den ydre helioskede.

Hvordan vi studerer heliosfærens ydre rækkevidde

Mange NASA-missioner studerer solen og de inderste dele af heliosfæren. Men kun to menneskeskabte objekter har krydset grænsen af ​​solsystemet og trådt ind i det interstellare rum.

I 1977, NASA opsendte Voyager 1 og Voyager 2. Hvert rumfartøj er udstyret med værktøjer til at måle de magnetiske felter og de partikler, det passerer direkte igennem. Efter at have svinget forbi de ydre planeter på en storslået tur, de forlod heliopausen i henholdsvis 2012 og 2018 og befinder sig i øjeblikket i den ydre helioshed. De opdagede, at kosmiske stråler er omkring tre gange mere intense uden for heliopausen end dybt inde i heliosfæren.

Imidlertid, billedet, som Voyagers tegner, er ufuldstændigt.

"Forsøger at finde ud af hele heliosfæren fra to punkter, Voyager 1 og 2, er som at prøve at bestemme vejret i hele Stillehavet ved hjælp af to vejrstationer, " sagde Christian.

Voyagers arbejder med Interstellar Boundary Explorer (IBEX) for at studere heliosfæren. IBEX er en 176-pund, satellit i kuffertstørrelse opsendt af NASA i 2008. Siden da, IBEX har kredset om Jorden, udstyret med teleskoper, der observerer heliosfærens ydre grænse. IBEX fanger og analyserer en klasse af partikler kaldet energiske neutrale atomer, eller ENA'er, der krydser dens vej. ENA'er dannes, hvor det interstellare medium og solvinden mødes. Nogle ENA'er strømmer tilbage mod midten af ​​solsystemet - og IBEX.

"Hver gang du samler en af ​​disse ENA'er, du ved hvilken retning det kom fra, " sagde McComas, IBEX's hovedefterforsker. "Ved at samle mange af de individuelle atomer, du er i stand til at lave dette indefra-ud-billede af vores heliosfære."

I 2025, NASA vil lancere Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP). IMAP's ENA-kameraer er højere opløsning og mere følsomme end IBEX's.

Mysterier er der mange af

I 2009 IBEX returnerede et fund, der var så chokerende, at forskerne i første omgang spekulerede på, om instrumentet muligvis ikke fungerede. Denne opdagelse blev kendt som IBEX Ribbon - et bånd henover himlen, hvor ENA-emissioner er to eller tre gange lysere end resten af ​​himlen.

"Båndet var fuldstændig uventet og ikke forudset af nogen teorier, før vi fløj missionen, " sagde McComas. Det er stadig ikke helt klart, hvad der forårsager det, men det er et klart eksempel på heliosfærens mysterier, der mangler at blive opdaget.

"Vores sol er en stjerne ligesom milliarder af andre stjerner i universet. Nogle af disse stjerner har også astrosfærer, som heliosfæren, men dette er den eneste astrosfære, vi faktisk er inde i og kan studere nærmere, " sagde Justyna Sokol, en forsker ved Southwest Research Institute i San Antonio, Texas. "Vi er nødt til at starte fra vores nabolag for at lære så meget mere om resten af ​​universet."