Vårt hörn av universum, solsystemet, ligger inbäddat i Vintergatans galax, hem till mer än 100 miljarder stjärnor. Solsystemet är inneslutet i en bubbla som kallas heliosfären, som skiljer oss från den stora galaxen bortom – och en del av dess hårda rymdstrålning.

Vi är skyddade från den strålningen av heliosfären, som i sig skapas av en annan strålningskälla:solen. Solen spyr ständigt ut laddade partiklar, kallad solvinden, från dess yta. Solvinden flyger ut till ungefär fyra gånger avståndet från Neptunus, bär med sig magnetfältet från solen.

"Magnetiska fält tenderar att trycka upp mot varandra, men inte blanda, sa Eric Christian, en ledande heliosfärforskare vid NASA:s Goddard Space Flight Center i Greenbelt, Maryland. "Inuti heliosfärens bubbla finns i stort sett alla partiklar och magnetfält från solen. Utanför finns de från galaxen."

För att förstå heliosfären, börja med att bryta isär ordet, föreslår David McComas, professor i astrofysiska vetenskaper vid Princeton University i New Jersey. "Heliosphere" är kombinationen av två ord:"Helios, "det grekiska ordet för solen, och "sfär, "en bred region av inflytande (även om, för att vara tydlig, forskare är inte säkra på heliosfärens exakta form).

Heliosfären upptäcktes i slutet av 1950-talet, och många frågor om det kvarstår. När forskare studerar heliosfären, de lär sig mer om hur det minskar astronauters och rymdfarkosters exponering för strålning och mer allmänt, hur stjärnor kan påverka sina närliggande planeter.

En ballong i rymden

En del strålning omger oss varje dag. När vi solar, vi solar oss i strålning från solen. Vi använder strålning för att värma matrester i våra köksmikrovågor och förlitar oss på den för medicinsk avbildning.

Rymdstrålning, dock, är mer lik den strålning som frigörs av radioaktiva grundämnen som uran. Den rymdstrålning som kommer mot oss från andra stjärnor kallas galaktisk kosmisk strålning (GCR). Aktiva områden i galaxen – som supernovor, svarta hål, och neutronstjärnor – kan ta bort elektronerna från atomer och accelerera kärnorna till nästan ljusets hastighet, producerar GCR.

På jorden, vi har tre lager av skydd mot rymdstrålning. Den första är heliosfären, som hjälper till att blockera GCR från att nå de stora planeterna i solsystemet. Dessutom, Jordens magnetfält producerar en sköld som kallas magnetosfären, som håller GCR borta från jorden och lågomloppssatelliter som den internationella rymdstationen. Till sist, gaserna i jordens atmosfär absorberar strålning.

När astronauter beger sig till månen eller Mars, de kommer inte att ha samma skydd som vi har på jorden. De kommer bara att ha skyddet av heliosfären, som fluktuerar i storlek under hela solens 11-årscykel.

I varje solcykel, solen går igenom perioder av intensiv aktivitet och kraftiga solvindar, och lugnare perioder. Som en ballong, när vinden lugnar sig, heliosfären töms. När den tar sig upp, heliosfären expanderar.

"Effekten heliosfären har på kosmisk strålning möjliggör mänskliga utforskningsuppdrag med längre varaktighet. På ett sätt, det tillåter människor att nå Mars, sa Arik Posner, en heliofysiker vid NASA:s högkvarter i Washington, D.C. "Utmaningen för oss är att bättre förstå samspelet mellan kosmiska strålar och heliosfären och dess gränser."

Heliosfärens anatomi

Det finns en viss debatt om den exakta formen på heliosfären. Dock, forskare är överens om att det har flera lager. Låt oss titta på lagren inifrån och utåt:

• Avslutningschock:Alla de stora planeterna i vårt solsystem är belägna i heliosfärens innersta lager. Här, solvinden kommer ut från solen i full fart, ungefär en miljon miles per timme, för miljarder mil, opåverkad av trycket från galaxen. Den yttre gränsen för detta kärnskikt kallas termineringschocken.
• Heliosheath:Bortom termineringschocken finns heliosheath. Här, solvinden rör sig långsammare och avböjer när den möter trycket från det interstellära mediet utanför.
• Heliopaus:Heliopausen markerar det skarpa, slutliga plasmagränsen mellan solen och resten av galaxen. Här, solens och interstellära vindarnas magnetfält trycker upp mot varandra, och de inre och yttre trycken är i balans.
• Yttre Heliosheath:Regionen strax bortom heliopausen, som fortfarande påverkas av närvaron av heliosfären, kallas den yttre helioshöljet.

Hur vi studerar heliosfärens yttre delar

Många NASA-uppdrag studerar solen och de innersta delarna av heliosfären. Men bara två människotillverkade objekt har passerat solsystemets gräns och kommit in i det interstellära rymden.

1977, NASA lanserade Voyager 1 och Voyager 2. Varje rymdfarkost är utrustad med verktyg för att mäta magnetfälten och partiklarna som den direkt passerar genom. Efter att ha svängt förbi de yttre planeterna på en storslagen turné, de lämnade heliopausen 2012 respektive 2018 och befinner sig för närvarande i det yttre helioshöljet. De upptäckte att kosmiska strålar är ungefär tre gånger mer intensiva utanför heliopausen än djupt inne i heliosfären.

Dock, bilden som Voyagers målar upp är ofullständig.

"Försöker räkna ut hela heliosfären från två punkter, Voyager 1 och 2, är som att försöka bestämma vädret i hela Stilla havet med hjälp av två väderstationer, sa Christian.

Voyagers arbetar med Interstellar Boundary Explorer (IBEX) för att studera heliosfären. IBEX är en 176-pund, satellit i en resväska som sköts upp av NASA 2008. Sedan dess, IBEX har kretsat runt jorden, utrustad med teleskop som observerar heliosfärens yttre gräns. IBEX fångar och analyserar en klass av partiklar som kallas energiska neutrala atomer, eller ENA, som korsar dess väg. ENA bildas där det interstellära mediet och solvinden möts. Vissa ENA strömmar tillbaka mot mitten av solsystemet – och IBEX.

"Varje gång du samlar in en av dessa ENA, du vet vilket håll det kom från, sa McComas, IBEX:s huvudutredare. "Genom att samla många av dessa individuella atomer, du kan göra den här bilden inifrån och ut av vår heliosfär."

År 2025, NASA kommer att lansera Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP). IMAP:s ENA-kameror är högre upplösning och känsligare än IBEX:s.

Mysterier finns i överflöd

År 2009, IBEX returnerade ett fynd så chockerande att forskare först undrade om instrumentet kan ha fungerat fel. Den upptäckten blev känd som IBEX Ribbon - ett band över himlen där ENA-utsläpp är två eller tre gånger ljusare än resten av himlen.

"The Ribbon var helt oväntat och inte förutsett av några teorier innan vi flög uppdraget, " sa McComas. Det är fortfarande inte helt klart vad som orsakar det, men det är ett tydligt exempel på heliosfärens mysterier som återstår att upptäcka.

"Vår sol är en stjärna som miljarder andra stjärnor i universum. Vissa av dessa stjärnor har också astrosfärer, som heliosfären, men det här är den enda astrosfären vi faktiskt är inne i och kan studera noggrant, sa Justyna Sokol, en forskare vid Southwest Research Institute i San Antonio, Texas. "Vi måste börja från vårt grannskap för att lära oss så mycket mer om resten av universum."