Ny data från NASA:s Cassini, Uppdragen Voyager och Interstellar Boundary Explorer visar att heliosfären – bubblan av solens magnetiska inflytande som omger det inre solsystemet – kan vara mycket mer kompakt och avrundad än man tidigare trott. Bilden till vänster visar en kompakt modell av heliosfären, stöds av denna senaste information, medan bilden till höger visar en alternativ modell med en förlängd svans. Den största skillnaden är den nya modellens avsaknad av efterföljande, kometliknande svans på ena sidan av heliosfären. Denna svans visas i den gamla modellen i ljusblått. Kredit:Dialynas, et al. (vänster); NASA (höger)
Nya data från NASA:s Cassini-uppdrag, kombinerat med mätningar från de två rymdfarkosterna Voyager och NASA:s Interstellar Boundary Explorer, eller IBEX, antyder att vår sol och planeter är omgivna av en jätte, rundat system av magnetfält från solen – ifrågasätter den alternativa synen av solens magnetfält som släpar efter solen i form av en lång kometsvans.
Solen släpper ut ett konstant utflöde av magnetiskt solmaterial – kallat solvinden – som fyller det inre solsystemet, når långt förbi Neptunus omloppsbana. Denna solvind skapar en bubbla, cirka 23 miljarder miles över, kallas heliosfären. Hela vårt solsystem, inklusive heliosfären, rör sig genom det interstellära rymden. Den vanliga bilden av heliosfären var en kometformad struktur, med ett rundat huvud och en förlängd svans. Men nya data som täcker en hel 11-årig solaktivitetscykel visar att det kanske inte är fallet:heliosfären kan vara rundad i båda ändar, gör dess form nästan sfärisk. En artikel om dessa resultat publicerades i Natur astronomi den 24 april, 2017.
"Istället för en långvarig, kometliknande svans, Heliosfärens grova bubbelform beror på det starka interstellära magnetfältet – mycket starkare än vad som förutsågs tidigare – i kombination med det faktum att förhållandet mellan partikeltryck och magnetiskt tryck inuti helioshöljet är högt, sa Kostas Dialynas, en rymdforskare vid Atens akademi i Grekland och huvudförfattare till studien.
Ett instrument på Cassini, som har utforskat Saturnussystemet under ett decennium, har gett forskare viktiga nya ledtrådar om formen på heliosfärens bakre ände, kallas ofta heliotail. När laddade partiklar från det inre solsystemet når heliosfärens gräns, de genomgår ibland en serie laddningsutbyten med neutrala gasatomer från det interstellära mediet, tappa och återfå elektroner när de färdas genom detta stora gränsområde. Några av dessa partiklar pinglas tillbaka in mot det inre solsystemet som snabbt rörliga neutrala atomer, som kan mätas av Cassini.
Många andra stjärnor visar svansar som följer efter dem som en komets svans, stödjer tanken att vårt solsystem också har ett. Dock, nya bevis från NASA:s Cassini, Uppdragen Voyager och Interstellar Boundary Explorer tyder på att den bakre änden av vårt solsystem kanske inte sträcks ut i en lång svans. Uppifrån vänster och moturs, stjärnorna som visas är LLOrionis, BZ Cam och Mira. Kredit:NASA/HST/R.Casalegno/GALEX
"Cassini-instrumentet designades för att avbilda joner som är fångade i Saturnus magnetosfär, sa Tom Krimigis, en instrumentledning på NASA:s Voyager- och Cassini-uppdrag baserat på Johns Hopkins Universitys Applied Physics Laboratory i Laurel, Maryland, och en författare om studien. "Vi trodde aldrig att vi skulle se vad vi ser och kunna avbilda heliosfärens gränser."
Eftersom dessa partiklar rör sig med en liten bråkdel av ljusets hastighet, deras resor från solen till kanten av heliosfären och tillbaka igen tar år. Så när antalet partiklar som kommer från solen förändras – vanligtvis som ett resultat av dess 11-åriga aktivitetscykel – tar det år innan det återspeglas i mängden neutrala atomer som skjuter tillbaka in i solsystemet.
Cassinis nya mätningar av dessa neutrala atomer avslöjade något oväntat – partiklarna som kommer från heliosfärens svans återspeglar förändringarna i solcykeln nästan exakt lika snabbt som de som kommer från heliosfärens näsa.
"Om heliosfärens "svans" sträcks ut som en komet, vi förväntar oss att mönstren för solcykeln skulle dyka upp mycket senare i de uppmätta neutrala atomerna, sa Krimigis.
Ny data från NASA:s Cassini, Uppdragen Voyager och Interstellar Boundary Explorer visar att heliosfären - bubblan av solens magnetiska inflytande som omger det inre solsystemet - kan vara mycket mer kompakt och avrundad än man tidigare trott. Denna illustration visar en kompakt modell av heliosfären, stöds av de senaste uppgifterna. Den största skillnaden mellan denna och tidigare modeller är den nya modellens brist på släpande, kometliknande svans på ena sidan av heliosfären. Kredit:Dialynas, et al.
Men eftersom mönster från solaktivitet visar sig lika snabbt i svanspartiklar som de från näsan, det betyder att svansen är ungefär lika långt från oss som nosen. Det betyder att länge, kometliknande svans som forskarna föreställde sig kanske inte existerade alls – istället, Heliosfären kan vara nästan rund och symmetrisk.
En rundad heliosfär kan komma från en kombination av faktorer. Data från Voyager 1 visar att det interstellära magnetfältet bortom heliosfären är starkare än vad forskare tidigare trodde, vilket betyder att den kan interagera med solvinden vid kanterna av heliosfären och kompaktera heliosfärens svans.
Heliosfärens struktur spelar en stor roll i hur partiklar från det interstellära rymden – kallade kosmiska strålar – når det inre solsystemet, där jorden och de andra planeterna finns.
"Dessa uppgifter som Voyager 1 och 2, Cassini och IBEX ger det vetenskapliga samfundet ett oväntat oväntat för att studera solvindens avlägsna delar, sa Arik Posner, Voyager och IBEX-programforskare vid NASA:s högkvarter i Washington, D.C., som inte var involverad i denna studie. "När vi fortsätter att samla in data från heliosfärens kanter, dessa data kommer att hjälpa oss att bättre förstå den interstellära gränsen som hjälper till att skydda jordens miljö från skadliga kosmiska strålar."
