Illustration som visar lagren av heliosfären. Kredit:NASA/IBEX/Adler Planetarium
Ute vid gränsen till vårt solsystem, trycket blir högt. Detta tryck, kraftplasman, magnetiska fält och partiklar som joner, kosmiska strålar och elektroner utövar på varandra när de strömmar och kolliderar, mättes nyligen av forskare totalt för första gången - och det visade sig vara större än väntat.
Med hjälp av observationer av galaktiska kosmiska strålar - en typ av mycket energisk partikel - från NASAs Voyager-rymdfarkostforskare beräknade det totala trycket från partiklar i solsystemets yttre region, känd som helioshöljet. På nästan 9 miljarder mil bort, denna region är svår att studera. Men den unika placeringen av rymdfarkosten Voyager och den lämpliga tidpunkten för en solhändelse gjorde mätningar av helioshöljet möjliga. Och resultaten hjälper forskare att förstå hur solen interagerar med sin omgivning.
"När vi summerar de delar som är kända från tidigare studier, vi upptäckte att vårt nya värde fortfarande är större än vad som har uppmätts hittills, sa Jamie Rankin, huvudförfattare på den nya studien och astronom vid Princeton University i New Jersey. "Den säger att det finns vissa andra delar av trycket som inte övervägs just nu som kan bidra."
På jorden har vi lufttryck, skapas av luftmolekyler som dras ner av gravitationen. I rymden finns också ett tryck som skapas av partiklar som joner och elektroner. Dessa partiklar, värms upp och accelereras av solen skapar en gigantisk ballong känd som heliosfären som sträcker sig miljontals miles ut förbi Pluto. Kanten av denna region, där solens inflytande övervinns av trycket från partiklar från andra stjärnor och det interstellära rymden, det är där solens magnetiska inflytande slutar. (Dess gravitationsinflytande sträcker sig mycket längre, så själva solsystemet sträcker sig längre, också.)
För att mäta trycket i helioshöljet, forskarna använde rymdfarkosten Voyager, som har färdats stadigt ut ur solsystemet sedan 1977. Vid tidpunkten för observationerna, Voyager 1 var redan utanför heliosfären i det interstellära rymden, medan Voyager 2 fortfarande var kvar i helioshöljet.
"Det var verkligen en unik timing för den här händelsen eftersom vi såg den direkt efter att Voyager 1 korsat in i det lokala interstellära rymden, " sa Rankin. "Och även om detta är den första händelsen som Voyager såg, det finns mer i data som vi kan fortsätta att titta på för att se hur saker och ting i heliosheathen och det interstellära rymden förändras över tiden."
rymdfarkosten Voyager, en i helioshöljet och den andra strax bortom i det interstellära rymden, tog mätningar som en solenergi även känd som en global sammanslagen interaktionsregion som passerade varje rymdskepp med fyra månaders mellanrum. Dessa mätningar gjorde det möjligt för forskare att beräkna det totala trycket i helioshöljet, samt ljudets hastighet i regionen. Kredit:NASA:s Goddard Space Flight Center/Mary Pat Hrybyk-Keith
Forskarna använde en händelse känd som en global sammanslagen interaktionsregion, som orsakas av aktivitet på solen. Solen blossar upp med jämna mellanrum och släpper ut enorma skurar av partiklar, som vid koronala massutkastningar. När en serie av dessa händelser reser ut i rymden, de kan smälta samman till en jättefront, skapar en plasmavåg som drivs av magnetfält.
När en sådan våg nådde helioshöljet 2012, den upptäcktes av Voyager 2. Vågen fick antalet galaktiska kosmiska strålar att tillfälligt minska. Fyra månader senare, forskarna såg en liknande minskning av observationer från Voyager 1, precis över solsystemets gräns i det interstellära rymden.
Att känna till avståndet mellan rymdfarkosten gjorde det möjligt för dem att beräkna trycket i helioshöljet samt ljudets hastighet. I helioshöljet färdas ljud i cirka 300 kilometer per sekund – tusen gånger snabbare än det rör sig genom luften.
Forskarna noterade att förändringen i galaktiska kosmiska strålar inte var exakt identisk på båda rymdfarkosterna. Vid Voyager 2 inne i heliosheathen, antalet kosmiska strålar minskade i alla riktningar runt rymdfarkosten. Men på Voyager 1, utanför solsystemet, bara de galaktiska kosmiska strålarna som färdades vinkelrätt mot magnetfältet i området minskade. Denna asymmetri tyder på att något händer när vågen sänder över solsystemets gräns.
"Att försöka förstå varför förändringen i de kosmiska strålarna är olika inuti och utanför helioshöljet förblir en öppen fråga, " sa Rankin.
Att studera trycket och ljudhastigheterna i denna region vid solsystemets gräns kan hjälpa forskare att förstå hur solen påverkar det interstellära rymden. Detta informerar oss inte bara om vårt eget solsystem, men också om dynamiken kring andra stjärnor och planetsystem.
