Jak heliosfera chroni nas przed kosmicznymi zagrożeniami

Heliosfera, składająca się z wiatru słonecznego i międzyplanetarnego pola magnetycznego, działa jak tarcza naszego Układu Słonecznego, chroniąc planety przed galaktycznym promieniowaniem kosmicznym.

Promieniowanie kosmiczne – niezwykle energetyczne cząstki, które przyspieszają poza Układem Słonecznym, wyniku zdarzeń takich jak supernowe, mogłyby spowodować ogromne szkody, gdyby heliosfera w większości ich nie pochłaniała.

Naukowcy nie mogą osiągnąć konsensusu w sprawie granic lub kształtu tej chronionej przestrzeni. Badacze opracowali koncepcje misji sondy międzygwiezdnej, która będzie podróżować poza sferę wpływów Słońca, aby odpowiedzieć na te pytania.

Badanie prowadzone przez University of Michigan opublikowane we Frontiers in Astronomy and Space Sciences zawiera zalecenia dotyczące maksymalizacji pomiarów naukowych w celu lepszego zrozumienia rozmiaru i kształtu jaki może mieć heliosfera.

„Chcemy wiedzieć, w jaki sposób heliosfera chroni astronautów i ogólnie życie przed szkodliwym promieniowaniem galaktycznym, ale trudno to zrobić, gdy wciąż nie znamy nawet kształtu naszej tarczy” – twierdzi Marc Kornbleuth z Boston University.

Według badania, najlepszą możliwą drogą wyjścia jest boczna część ogona heliosfery. Interakcja pola z lokalnym ośrodkiem międzygwiazdowym – materiałem wykonanym z plazmy, pyłu i neutralnych cząstek wypełniających przestrzeń – tworzy kształt naszej heliosfery i wpływa na skład środowiska kosmicznego w Układzie Słonecznym, w tym w pobliżu Ziemi. Obecnie modele przewidują, że heliosfera może mieć kształt kulisty, rozciągnięty i półksiężycowy. Ostateczne określenie jej kształtu nie będzie możliwe bez dodatkowych pomiarów poza nią.

„Przyszła misja sondy międzygwiezdnej będzie naszą pierwszą okazją, aby naprawdę zobaczyć naszą heliosferę, nasz dom, z zewnątrz i lepiej zrozumieć jej miejsce w lokalnym ośrodku międzygwiezdnym” – mówi Sarah A. Spitzer z University of Michigan.

Jak zaznaczają astronomowie, sondy Voyager 1 i 2 są jedynymi misjami, które potencjalnie opuściły heliosferę. Obecnie, 46 lat po wystrzeleniu w 1977 roku, statek kosmiczny znacznie przekroczył planowany czas życia misji i nie jest już w stanie zapewnić pełnych pomiarów plazmy niezbędnych do lepszego zrozumienia granic heliosfery.

Przyszła misja sondy międzygwiezdnej ma na celu podróż poza heliosferę w celu zebrania próbek z lokalnego ośrodka międzygwiezdnego. W raporcie dotyczącym koncepcji misji z 2021 r., obejmującym współpracę ponad tysiąca naukowców, omówiono ładunek, rakietę nośną i aspekty techniczne różnych trajektorii. W raporcie tym założono jednak, że optymalna jest trajektoria sondy zbliżona do 45 stopni od przedniej części ruchu kierunkowego Słońca.

Podważając to założenie, zespół badawczy przeanalizował wartość naukową sześciu możliwych trajektorii sondy międzygwiezdnej, od kierunku od nosa do ogona słonecnego. Naukowcy doszli do wniosku, że trajektoria przecinająca bok heliosfery w kierunku jej ogona zapewni najlepszą perspektywę kształtu heliosfery i zmaksymalizuje wyniki naukowe.

„Jeśli chcesz dowiedzieć się, jak daleko sięga twój dom, wyjście przez frontowe drzwi i zrobienie zdjęcia z frontowego chodnika prawdopodobnie nie jest najlepszym rozwiązaniem. Najlepszym sposobem jest wyjście bocznymi drzwiami, aby zobaczyć, jak długi jest od przodu do tyłu” – twierdzi Kornbleuth.

Zdaniem naukowców modele sugerują, że plazma międzygwiezdna może być wstrzykiwana bezpośrednio do heliosfery przez jej ogon, zapewniając możliwość pobierania próbek plazmy międzygwiezdnej zarówno w naszej heliosferze, jak i poza nią. Aby lepiej zrozumieć jej interakcję z ośrodkiem międzygwiazdowym, naukowcy zalecają również pomiary naukowe, które zostaną zebrane podczas przyszłych misji do odległych krawędzi pola.

Podczas swojej 46-letniej podróży sonda kosmiczna Voyager przebyła około 163 jednostek astronomicznych (około 24.3 mld kilometrów) od Ziemi. Przyszła sonda międzygwiezdna zostanie zaprojektowana na 50-letnią misję, której celem będzie przebycie około 400 jednostek astronomicznych, a może nawet do około 1000 jednostek astronomicznych, zapewniając bezprecedensowy widok na heliosferę i ośrodek międzygwiezdny poza nią.

Emil Gołoś