Är det så här heliosfären ser ut? Ny forskning tyder på det. Storleken och formen på det magnetiska "kraftfältet" som skyddar vårt solsystem från dödliga kosmiska strålar har länge diskuterats av astrofysiker. Kredit:Opher, et. al
Du lever i en bubbla. Inte en metaforisk bubbla – en verklig, bokstavlig bubbla. Men oroa dig inte, det är inte bara du. Hela planeten, och alla andra planeter i solsystemet, för den delen, är i bubblan också. Och, vi kanske bara är skyldiga vår existens.
Rymdfysiker kallar denna bubbla för heliosfären. Det är en stor region, sträcker sig mer än dubbelt så långt som Pluto, som kastar ett magnetiskt "kraftfält" runt alla planeter, avleda laddade partiklar som annars skulle musklerna in i solsystemet och till och med slita igenom ditt DNA, skulle du ha otur att komma i vägen för dem.
Heliosfären har sin existens att tacka för samspelet mellan laddade partiklar som strömmar ut från solen (den så kallade "solvinden") och partiklar från utanför solsystemet. Även om vi tycker att utrymmet mellan stjärnorna är helt tomt, den är faktiskt upptagen av en tunn buljong av damm och gas från andra stjärnor - levande stjärnor, döda stjärnor, och stjärnor som ännu inte är födda. I genomsnitt över hela galaxen, varje rymdvolym i storleken av en sockerbit rymmer bara en enda atom, och området runt vårt solsystem är ännu mindre tätt.
Solvinden trycker ständigt ut mot denna interstellära grej. Men ju längre du kommer från solen, desto svagare blir trycket. Efter tiotals miljarder mil, de interstellära sakerna börjar trycka tillbaka. Heliosfären slutar där de två trycker balanserar ut. Men var går denna gräns, exakt, och hur ser det ut?
Merav Opher, professor i astronomi vid Boston Universitys College of Arts &Sciences och Center for Space Physics, har undersökt de frågorna i nästan 20 år. Och på sistone, hennes svar har väckt uppståndelse.
Eftersom hela vårt solsystem är i rörelse genom det interstellära rymden, heliosfären, trots sitt namn, är faktiskt inte en sfär. Rymdfysiker har länge jämfört dess form med en komet, med en rund "näsa" på ena sidan och en lång svans som sträcker sig i motsatt riktning. Sök på nätet efter bilder av heliosfären, och det här är bilden du säkert kommer att hitta.
Men 2015, med en ny datormodell och data från rymdfarkosten Voyager 1, Opher och hennes medförfattare James Drake från University of Maryland kom till en annan slutsats:de föreslog att heliosfären faktiskt är formad som en halvmåne - inte olikt en nybakad croissant, faktiskt. I denna "croissant"-modell, två jetstrålar sträcker sig nedströms från näsan snarare än en enda släcksvans. "Det startade samtalet om heliosfärens globala struktur, säger Opher.
Hennes var inte den första tidningen som antydde att heliosfären var något annat än kometformad, hon påpekar, men det gav fokus till en ny energisk debatt. "Det var mycket omtvistat, " säger hon. "Jag blev förkyld vid varje konferens! Men jag höll fast vid mina vapen."
Sedan, två år efter att debatten om "croissant" började, avläsningar från rymdfarkosten Cassini, som kretsade runt Saturnus från 2004 till 2017, föreslog ännu en vision av heliosfären. Genom att tajma partiklar som ekar utanför heliosfärens gräns och korrelera dem med joner uppmätta av dubbla Voyager-rymdfarkosten, Cassini-forskare drog slutsatsen att heliosfären faktiskt är nästan rund och symmetrisk:varken en komet eller en croissant, men mer som en badboll. Deras resultat var lika kontroversiellt som croissanten. "Du accepterar inte den typen av förändring lätt, " säger Tom Krimigis, som ledde experiment på både Cassini och Voyager. "Hela det vetenskapliga samfundet som arbetar i det här området hade i över 55 år antagit att heliosfären hade en kometsvans."
Nu, Opher, Ankbonde, och kollegor Avi Loeb från Harvard University och Gabor Toth från University of Michigan har tagit fram en ny tredimensionell modell av heliosfären som skulle kunna förena "croissanten" med badbollen. Deras arbete publicerades i Natur astronomi den 16 mars.
Till skillnad från de flesta tidigare modeller, som antog att laddade partiklar i solsystemet alla svävar runt samma medeltemperatur, den nya modellen bryter ner partiklarna i två grupper. Först är laddade partiklar som kommer direkt från solvinden. För det andra är vad rymdfysiker kallar "upptagnings"-joner. Dessa är partiklar som drev in i solsystemet i en elektriskt neutral form - eftersom de inte avböjs av magnetfält, neutrala partiklar kan "bara gå direkt in, säger Opher – men fick sedan sina elektroner avstängda.
Rymdfarkosten New Horizons, som nu utforskar rymden bortom Pluto, har avslöjat att dessa partiklar blir hundratals eller tusentals gånger varmare än vanliga solvindjoner när de bärs med av solvinden och påskyndas av dess elektriska fält. Men det var bara genom att modellera temperaturen, densitet och hastighet av de två grupperna av partiklar separat att forskarna upptäckte deras överdimensionerade inflytande på formen av heliosfären.
Den formen, enligt den nya modellen, delar faktiskt skillnaden mellan en croissant och en sfär. Kalla det en tömd badboll, eller en lökig croissant:hur som helst, det verkar vara något som både Ophers team och Cassini-forskarna kan enas om.
Den nya modellen ser väldigt annorlunda ut från den klassiska kometmodellen. Men de två kan faktiskt vara mer lika än de verkar, säger Opher, beroende på exakt hur du definierar kanten av heliosfären. Tänk på att omvandla ett gråskalefoto till svartvitt:Den slutliga bilden beror mycket på exakt vilken nyans av grått du väljer som skiljelinjen mellan svart och vitt.
Så varför oroa sig för formen på heliosfären, i alla fall? Forskare som studerar exoplaneter - planeter runt andra stjärnor - är mycket intresserade av att jämföra vår heliosfär med dem runt andra stjärnor. Kan solvinden och heliosfären vara nyckelingredienser i receptet på livet? "Om vi vill förstå vår miljö skulle vi bättre förstå hela vägen genom denna heliosfär, säger Loeb, Ophers medarbetare från Harvard.
Och så är det frågan om de där DNA-fragmenterande interstellära partiklarna. Forskare arbetar fortfarande med vad, exakt, de betyder för livet på jorden och på andra planeter. Vissa tror att de faktiskt kunde ha hjälpt till att driva de genetiska mutationerna som ledde till liv som vi, säger Loeb. "Till rätt mängd, de inför förändringar, mutationer som tillåter en organism att utvecklas och bli mer komplex, " säger han. Men dosen gör giftet, som man brukar säga. "Det finns alltid en känslig balans när vi hanterar livet som vi känner det. För mycket av det goda är en dålig sak, säger Loeb.
När det kommer till data, fastän, det är sällan för mycket av det goda. Och medan modellerna verkar konvergera, de är fortfarande begränsade av en brist på data från solsystemets yttre delar. Det är därför som forskare som Opher hoppas få NASA att lansera en nästa generations interstellär sond som kommer att skära en väg genom heliosfären och direkt upptäcka pickupjoner nära heliosfärens periferi. Än så länge, bara rymdfarkosterna Voyager 1 och Voyager 2 har passerat den gränsen, och de lanserades för mer än 40 år sedan, bära instrument från en äldre tid som var designade för att göra ett annat jobb. Missionsförespråkare baserade vid Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory säger att en ny sond kan starta någon gång på 2030-talet och börja utforska kanten av heliosfären 10 eller 15 år efter det.
"Med Interstellar Probe hoppas vi kunna lösa åtminstone några av de otaliga mysterier som Voyagers började avslöja, " säger Opher. Och det, hon tycker, är värt att vänta.