SWAP-instrumentet ombord på NASA:s rymdfarkost New Horizons har bekräftat att solvinden saktar ner när den färdas längre från solen. Detta schema över heliosfären visar att solvinden börjar avta på ungefär 4 AU radiellt avstånd från solen och fortsätter att sakta ner när den rör sig mot det yttre solsystemet och plockar upp interstellärt material. Aktuella extrapolationer avslöjar att avslutningschocken för närvarande kan vara närmare än vad som hittats av rymdfarkosten Voyager. Dock, ökande solaktivitet kommer snart att expandera heliosfären och pressa avslutningschocken längre ut, möjligen till 84-94 AU intervallet som rymdfarkosten Voyager mötte. Kredit:Figur med tillstånd från Southwest Research Institute; bakgrundskonstnärsrendering av NASA och Adler Planetarium
Mätningar som tagits av instrumentet Solar Wind Around Pluto (SWAP) ombord på NASA:s rymdfarkoster New Horizons ger viktiga nya insikter från några av de yttersta delarna av rymden som någonsin utforskats. I en tidning som nyligen publicerades i Astrofysisk tidskrift , ett team som leds av Southwest Research Institute visar hur solvinden – den överljudsström av laddade partiklar som blåses ut av solen – utvecklas på allt större avstånd från solen.
"Tidigare, endast uppdragen Pioneer 10 och 11 samt Voyager 1 och 2 har utforskat det yttre solsystemet och den yttre heliosfären, men nu gör New Horizons det med modernare vetenskapliga instrument, " sa Dr Heather Elliott, en stabsforskare vid SwRI, Biträdande huvudutredare för SWAP-instrumentet och huvudförfattare till uppsatsen. "Vår sols inflytande på rymdmiljön sträcker sig långt bortom de yttre planeterna, och SWAP visar oss nya aspekter av hur den miljön förändras med avstånd."
Solvinden fyller ett bubbelliknande område i rymden som omfattar vårt solsystem, kallas heliosfären. Från ombord på New Horizons, SWAP samlar in detaljerade, dagliga mätningar av solvinden samt andra nyckelkomponenter som kallas "interstellära pickup-joner" i den yttre heliosfären. Dessa interstellära upptagningsjoner skapas när neutralt material från det interstellära rymden kommer in i solsystemet och joniseras av ljus från solen eller genom laddningsutbytesinteraktioner med solvindjoner.
När solvinden rör sig längre från solen, den möter en ökande mängd material från det interstellära rymden. När interstellärt material joniseras, solvinden plockar upp materialet och, forskare teoretiserade, saktar ner och värmer som svar. SWAP har nu upptäckt och bekräftat denna förutsagda effekt.
SWAP-teamet jämförde New Horizons solvindhastighetsmätningar från 21 till 42 astronomiska enheter med hastigheterna vid 1 AU från rymdfarkosterna Advanced Composition Explorer (ACE) och Solar Terrestrial Relations Observatory (STEREO). (En AU är lika med avståndet mellan solen och jorden.) Med 21 AU, det verkade som att SWAP kunde detektera avtagandet av solvinden som svar på att plocka upp interstellärt material. Dock, när New Horizons reste bortom Pluto, mellan 33 och 42 AU, solvinden mätte 6-7% långsammare än på 1 AU-avståndet, bekräftar effekten.
Förutom att bekräfta avmattningen av solvinden på stora avstånd, förändringen i solvindens temperatur och densitet kan också ge ett sätt att uppskatta när New Horizons kommer att ansluta sig till Voyager-rymdfarkosten på andra sidan av avslutningschocken, gränsmarkeringen där solvinden saktar ner till mindre än ljudhastigheten när den närmar sig det interstellära mediet. Voyager 1 korsade uppsägningschocken 2004 vid 94 AU, följt av Voyager 2 2007 på 84 AU. Baserat på nuvarande lägre nivåer av solaktivitet och lägre solvindtryck, avslutningschocken förväntas ha flyttat sig närmare solen sedan Voyager-överfarten. Att extrapolera nuvarande trender i New Horizons-mätningarna indikerar också att avslutningschocken nu kan vara närmare än när den korsades av Voyager. Som tidigast, New Horizons kommer att nå uppsägningschocken i mitten av 2020-talet. När solcykelns aktivitet ökar, ökningen av trycket kommer sannolikt att expandera heliosfären. Detta kan pressa avslutningschocken till 84-94 AU-intervallet som hittats av rymdfarkosten Voyager innan New Horizons hinner nå avslutningschocken.
New Horizons resa genom den yttre heliosfären kontrasterar Voyagers genom att den nuvarande solcykeln är mild jämfört med den mycket aktiva solcykeln Voyager upplevde i den yttre heliosfären. Förutom att mäta solvinden, New Horizons SWAP är extremt känslig och mäter samtidigt de låga flödena av interstellära pickupjoner med oöverträffad tidsupplösning och omfattande rumslig täckning. New Horizons är också den enda rymdfarkosten i solvinden bortom Mars (1,5 AU) och, följaktligen, den enda rymdfarkost som mäter interaktioner mellan solvinden och det interstellära materialet i den yttre heliosfären under den nuvarande milda solcykeln. New Horizons är på väg att bli den första rymdfarkosten att mäta både solvinden och interstellära pickupjoner vid avslutningschocken.
"New Horizons har avsevärt förbättrat vår kunskap om avlägsna planetariska objekt, och det är bara passande att den nu också avslöjar ny kunskap om vår egen sol och dess heliosfär, " sa New Horizons huvudutredare Dr. Alan Stern från SwRI.
Tidningen "Slowing of the Solar Wind in the Outer Heliosphere" av Elliott, D.J. McComas, E.J. Zirnstein, B.M. Randol, P.A. Delamere, G. Livadiotis, F. Bagenal, N.P. Barnes, S.A. Stern, L.A. Young, C.B. Olkin, J. Spencer, HA. Vävare, K. Ennico, G.R. Gladstone, och C.W. Smith, publicerades 11 november i The Astrofysisk tidskrift .
