Гелиосфера

Гелиосферы является огромный, пузырь, как область пространства , которая окружает и создается Солнцем . С точки зрения физики плазмы, это полость, образованная Солнцем в окружающей межзвездной среде . «Пузырь» гелиосферы постоянно «надувается» плазмой, исходящей от Солнца, известной как солнечный ветер . Вне гелиосферы эта солнечная плазма уступает место межзвездной плазме, пронизывающей галактику Млечный Путь . Уровни радиации внутри и вне гелиосферы различаются; в частности, галактические космические лучи менее распространены внутри гелиосферы, так что планеты внутри (включаяЗемля ) частично защищены от их воздействия. Слово «гелиосфера», вероятно, было придумано Александром Дж. Десслером , которому приписывают первое использование этого слова в научной литературе в 1967 году. [1] Научное изучение гелиосферы - это гелиофизика , которая включает космическую погоду и космический климат .

PIA22835-VoyagerProgram & Heliosphere-Chart-20181210.png
Аналогия с раковинойСолнечный ветер на
PIA17046 - Voyager 1 Goes Interstellar.jpg
  • Вверху : Схема гелиосферы, движущейся через межзвездную среду :
    1. Гелиослоя : внешняя область гелиосферы; солнечный ветер сжатый и турбулентный
    2. Гелиопауза : граница между солнечным и межзвездным ветром, где они находятся в равновесии.
  • В центре : вода, стекающая в раковину, аналогично гелиосфере и ее различным зонам (слева), и « Вояджер», измеряющий падение высокоэнергетических частиц солнечного ветра на конечной ударной нагрузке (справа).
  • Внизу : логарифмическая шкала Солнечной системы и положение " Вояджера-1 " . Для сравнения, Gliese 445 справа находится примерно в 10 000 раз дальше от Солнца, чем « Вояджер» .

Беспрепятственно протекая через Солнечную систему на миллиарды километров, солнечный ветер простирается далеко за пределы даже области Плутона , пока не встречает «конечную ударную волну», где его движение резко замедляется из-за внешнего давления межзвездной среды. За ударной волной находится «гелиослоя», широкая переходная область между внутренней гелиосферой и внешней средой. Крайний край гелиосферы называется «гелиопаузой». Общая форма гелиосферы напоминает форму кометы: с одной стороны она имеет приблизительно сферическую форму, а напротив - длинный хвост, известный как гелиотейл.

Два космических корабля программы "Вояджер" исследовали внешние границы гелиосферы, пройдя через ударную волну и гелиооболочку. «Вояджер-1» столкнулся с гелиопаузой 25 августа 2012 года, когда космический аппарат измерил внезапное 40-кратное увеличение плотности плазмы . [2] " Вояджер-2" пересек гелиопаузу 5 ноября 2018 года. [3] Поскольку гелиопауза отмечает границу между материей, происходящей от Солнца, и материей, происходящей из остальной части галактики, космические аппараты, покидающие гелиосферу (например, два Вояджера) находятся в межзвездном пространстве .

Карта энергетических нейтральных атомов от IBEX . Предоставлено: НАСА / Студия научной визуализации Центра космических полетов имени Годдарда .
Графики обнаружения гелиооболочки космическими аппаратами "Вояджер-1" и " Вояджер-2" с тех пор " Вояджер-2" пересек гелиопаузу в межзвездное пространство.
Скорость и расстояние " Вояджеров 1" и " 2 от Солнца"

Гелиосфера - это область, находящаяся под влиянием Солнца; двумя основными компонентами, определяющими его край, являются гелиосферное магнитное поле и солнечный ветер от Солнца. Три основных участка от начала гелиосферы до ее края - это конечная ударная волна, гелиооболочка и гелиопауза. Пять космических аппаратов вернули большую часть данных о самых дальних досягаемости, включая Pioneer 10 (1972–1997; данные до 67 а.е.), Pioneer 11 (1973–1995; 44 а.е.), Voyager 1 и Voyager 2 (запущен в 1977 году, в настоящее время), и New Horizons (запущен в 2006 г.). Частица, называемая энергичным нейтральным атомом (ENA), также образовывалась из ее краев.

За исключением областей вблизи препятствий, таких как планеты или кометы , в гелиосфере преобладает материал, исходящий от Солнца, хотя космические лучи , быстро движущиеся нейтральные атомы и космическая пыль могут проникать в гелиосферу извне. Возникнув на чрезвычайно горячей поверхности короны , частицы солнечного ветра достигают второй космической скорости , устремляясь наружу со скоростью от 300 до 800 км / с (от 671 тысячи до 1,79 миллиона миль в час или от 1 до 2,9 миллиона км / ч). [4] Когда он начинает взаимодействовать с межзвездной средой , его скорость замедляется до полной остановки. Точка, в которой солнечный ветер становится медленнее скорости звука, называется конечной ударной волной ; солнечный ветер продолжает замедляться, проходя через гелиооболочку, ведущую к границе, называемой гелиопауза , где давление межзвездной среды и солнечного ветра уравновешивается. Завершающий шок прошел « Вояджер-1» в 2004 г. [5] и « Вояджер-2» в 2007 г. [6]

Считалось, что за пределами гелиопаузы произошла ударная волна , но данные Interstellar Boundary Explorer показали, что скорость Солнца через межзвездную среду слишком мала для его образования. [7] Это может быть более мягкая «волна изгиба». [8]

Данные " Вояджера " привели к новой теории, согласно которой гелиооболочка имеет "магнитные пузыри" и зону застоя. [9] [10] Также были сообщения о «застойной области» в гелиооболочке, начинающейся около 113  а.е. (1,69 × 10 10  км; 1,05 × 10 10  миль), которая была обнаружена « Вояджером-1» в 2010 году. [9] Там скорость солнечного ветра падает до нуля, напряженность магнитного поля удваивается, а количество высокоэнергетических электронов из галактики увеличивается в 100 раз. [9]

Начиная с мая 2012 года при 120 а.е. (1,8 × 10 10  км; 1,1 × 10 10  миль) космический корабль «Вояджер-1» обнаружил внезапное увеличение космических лучей, очевидный признак приближения к гелиопаузе. [11] Летом 2013 года НАСА объявило, что « Вояджер-1» достиг межзвездного пространства 25 августа 2012 года. [12]

В декабре 2012 года НАСА объявило, что в конце августа 2012 года «Вояджер-1» на расстоянии около 122 а.е. (1,83 × 10 10  км; 1,13 × 10 10  миль) от Солнца вошел в новую область, которую они назвали «магнитной магистралью». под влиянием Солнца, но с некоторыми существенными отличиями. [5]

"Пионер-10" был запущен в марте 1972 года и в течение 10 часов пролетел мимо Луны; В течение следующих 35 лет или около того эта миссия будет первой, излагающей многие первые открытия о природе гелиосферы, а также о влиянии Юпитера на нее. [13] Pioneer 10 был первым космическим аппаратом, обнаружившим ионы натрия и алюминия в солнечном ветре, а также гелий во внутренних частях Солнечной системы. [13] В ноябре 1972 года « Пионер-10» столкнулся с огромной (по сравнению с Землей) магнитосферой Юпитера и 17 раз проходил в ней и из гелиосферы, отображая ее взаимодействие с солнечным ветром. [13] Pioneer 10 возвращал научные данные до марта 1997 года, в том числе данные о солнечном ветре до 67 а.е. в то время. [14] С ним также связались в 2003 году, когда он находился на расстоянии 7,6 миллиарда миль от Земли (82 а.е.), но тогда данные о солнечном ветре не были возвращены. [15] [16]

«Вояджер-1» преодолел радиальное расстояние от Солнца « Пионера-10» на 69,4 а.е. 17 февраля 1998 года, потому что он летел быстрее, набирая около 1,02 а.е. в год. [17] Pioneer 11 , запущенный через год после Pioneer 10 , набрал те же данные, что и Pioneer, до 44,7 AU в 1995 году, когда эта миссия была завершена. [16] Pioneer 11 имел такой же набор инструментов, что и 10, но также имел феррозондовый магнитометр. [17] Космические аппараты «Пионер» и «Вояджер» двигались по разным траекториям и, таким образом, регистрировали данные о гелиосфере в разных направлениях от Солнца. [16] Данные, полученные с космических кораблей Pioneer и Voyager, помогли подтвердить обнаружение водородной стенки. [18]

Вояджеры 1 и 2 были запущены в 1977 году и работали непрерывно, по крайней мере, до конца 2010-х годов, и столкнулись с различными аспектами гелиосферы за Плутоном. [19] Предполагается, что в 2012 году « Вояджер- 1» прошел через гелиопаузу, а «Вояджер-2» сделал то же самое в 2018 году [19] [20]

"Вояджеры-близнецы" - единственные искусственные объекты, побывавшие в межзвездном пространстве. Однако, хотя они покинули гелиосферу, они еще не покинули границу Солнечной системы, которая считается внешним краем Облака Оорта . [21] После прохождения гелиопаузы Эксперимент по науке о плазме (PLS) « Вояджера-2 » зафиксировал резкое снижение скорости частиц солнечного ветра 5 ноября, и с тех пор никаких признаков этого не наблюдалось. Три других бортовых прибора, измеряющие космические лучи, заряженные частицы низкой энергии и магнитные поля, также зафиксировали переход. [22] Наблюдения дополняют данные миссии НАСА IBEX. НАСА также готовит дополнительную миссию, Interstellar Mapping и ускорение Probe ( IMAP ) , которое связано с запуском в 2024 году , чтобы заработать на Voyager «s наблюдения. [23]

Состав

Солнце сфотографировано на длине волны 19,3 нанометра ( ультрафиолет ).

Несмотря на название, форма гелиосферы не является идеальной сферой. [6] Его форма определяется тремя факторами: межзвездной средой (ISM), солнечным ветром и общим движением Солнца и гелиосферы при прохождении через ISM. Поскольку солнечный ветер и межзвездное пространство (ISM) являются жидкостями, форма и размер гелиосферы также изменяются. Однако изменения солнечного ветра сильнее меняют колеблющееся положение границ в короткие сроки (от часов до нескольких лет). Давление солнечного ветра изменяется намного быстрее, чем внешнее давление ISM в любом данном месте. В частности, значительным считается влияние 11-летнего солнечного цикла , в котором отчетливо видны максимум и минимум активности солнечного ветра.

В более широком масштабе движение гелиосферы через жидкую среду ISM приводит к общей форме, подобной комете. Плазма солнечного ветра, движущаяся примерно «вверх по потоку» (в том же направлении, что и движение Солнца через галактику), сжимается до почти сферической формы, в то время как плазма, движущаяся «вниз по потоку» (против движения Солнца), вытекает в течение некоторого времени. гораздо большее расстояние, прежде чем уступить место ISM, определяя длинную, висящую форму гелиотейла.

Ограниченность доступных данных и неизученная природа этих структур привели к появлению многих теорий относительно их формы. [24]

Солнечный ветер

Солнечный ветер состоит из частиц ( ионизированных атомов из солнечной короны ) и полей, подобных магнитному полю, которые создаются Солнцем и устремляются в космос. Поскольку Солнце вращается примерно раз в 25 дней, гелиосферное магнитное поле [25], переносимое солнечным ветром, закручивается в спираль. Солнечный ветер влияет на многие другие системы Солнечной системы; например, изменения собственного магнитного поля Солнца выносятся наружу солнечным ветром, вызывая геомагнитные бури в магнитосфере Земли .

Гелиосферный токовый слой на орбите Юпитера

Гелиосферный токовый слой

Гелиосферный текущий лист представляет собой пульсации в гелиосфере , создаваемого вращающимся магнитным полем Солнца Он отмечает границу между областями гелиосферного магнитного поля противоположной полярности. Гелиосферный токовый слой, простирающийся по всей гелиосфере, может считаться самой большой структурой в Солнечной системе и, как говорят, напоминает «юбку балерины». [26]

Внешняя структура

Внешняя структура гелиосферы определяется взаимодействием солнечного ветра и ветров межзвездного пространства. Солнечный ветер рассеивается от Солнца во всех направлениях со скоростью несколько сотен км / с в непосредственной близости от Земли. На некотором расстоянии от Солнца, далеко за орбитой Нептуна , этот сверхзвуковой ветер должен замедлиться, чтобы встретиться с газами в межзвездной среде . Это происходит в несколько этапов:

  • Солнечный ветер движется со сверхзвуковой скоростью внутри Солнечной системы. При прекращении скачка уплотнения , стоячей ударной волны , солнечный ветер опускается ниже скорости звука и становится дозвуковым .
  • Ранее считалось, что, когда он станет дозвуковым, солнечный ветер будет формироваться окружающим потоком межзвездной среды, образуя тупой нос с одной стороны и кометоподобный гелиотропный хвост позади, область, называемую гелиослоем. Однако наблюдения 2009 г. показали, что эта модель неверна. [27] [28] По состоянию на 2011 год считается, что он заполнен магнитным пузырем «пеной». [29]
  • Внешняя поверхность гелиопаузы, где гелиосфера встречается с межзвездной средой, называется гелиопаузой. Это край всей гелиосферы. Наблюдения 2009 г. привели к изменению этой модели. [27] [28]
  • Теоретически гелиопауза вызывает турбулентность в межзвездной среде, когда Солнце вращается вокруг Галактического центра . Вне гелиопаузы будет турбулентная область, вызванная давлением приближающейся гелиопаузы на межзвездную среду . Однако скорость солнечного ветра относительно межзвездной среды, вероятно, слишком мала для головной ударной волны. [7]

Прекращающий шок

Аналогия "завершающего шока" воды в раковине.

Конечная ударная волна - это точка в гелиосфере, где солнечный ветер замедляется до дозвуковой скорости (относительно Солнца) из-за взаимодействия с местной межзвездной средой . Это вызывает сжатие , нагрев и изменение магнитного поля . Считается, что в Солнечной системе конечная ударная волна находится на расстоянии от 75 до 90 астрономических единиц [30] от Солнца. В 2004 году " Вояджер-1" пересек ударную волну прекращения действия Солнца , а затем " Вояджер-2" в 2007 году. [2] [6] [31] [32] [33] [34] [35] [36]]

Ударная волна возникает из-за того, что частицы солнечного ветра испускаются Солнцем со скоростью около 400 км / с, а скорость звука (в межзвездной среде) составляет около 100 км / с. (Точная скорость зависит от плотности, которая значительно колеблется. Для сравнения, Земля вращается вокруг Солнца со скоростью около 30 км / с, МКС вращается вокруг Земли со скоростью около 7,7 км / с, авиалайнеры летают над землей со скоростью около 0,2-0,3 км / с. км / с, автомобиль на типичной автомагистрали с ограниченным доступом развивает скорость около 0,03 км / с, а люди ходят около 0,001 км / с.) Межзвездная среда, хотя и имеет очень низкую плотность, тем не менее, имеет относительно постоянное давление, связанное с ней; давление солнечного ветра уменьшается пропорционально квадрату расстояния от Солнца. По мере того, как человек удаляется достаточно далеко от Солнца, давление солнечного ветра падает до такой степени, что он больше не может поддерживать сверхзвуковой поток против давления межзвездной среды, после чего солнечный ветер замедляется до скорости ниже скорости звука, вызывая ударная волна . Далее от Солнца за завершающей ударной волной следует гелиопауза, где два давления становятся равными, и частицы солнечного ветра задерживаются межзвездной средой.

Другие шоки завершения можно увидеть в наземных системах; возможно, самый простой способ увидеть, просто запустив водопроводный кран в раковину, создав гидравлический прыжок . При попадании на дно раковины текущая вода распространяется со скоростью, превышающей скорость местной волны , образуя диск мелкого, быстро расходящегося потока (аналогично разреженному сверхзвуковому солнечному ветру). По периферии диска образуется ударный фронт или стена воды; вне фронта ударной волны вода движется медленнее, чем скорость локальной волны (аналог дозвуковой межзвездной среды).

Свидетельства, представленные на заседании Американского геофизического союза в мае 2005 года Эдом Стоуном, предполагают, что космический корабль " Вояджер-1" прошел ударную волну в декабре 2004 года, когда он находился примерно в 94 а.е. от Солнца, в силу изменения магнитных показаний, взятых из ремесло. Напротив, " Вояджер-2" начал обнаруживать возвращающиеся частицы, когда он находился всего в 76 а.е. от Солнца, в мае 2006 года. Это означает, что гелиосфера может иметь неправильную форму, выпирая наружу в северном полушарии Солнца и выталкиваясь внутрь на юге. [37]

Иллюстрация гелиосферы, выпущенная 28 июня 2013 года, которая включает результаты, полученные с космического корабля "Вояджер". [38] Гелиооболочка находится между конечным скачком уплотнения и гелиопаузой.

Heliosheath

Гелиослоя - это область гелиосферы за пределами конечной ударной волны. Здесь ветер замедляется, сжимается и становится турбулентным из-за его взаимодействия с межзвездной средой. В ближайшей точке внутренний край гелиооболочки находится примерно в 80–100 а.е. от Солнца. Предлагаемая модель предполагает, что гелиооболочка имеет форму комы кометы и проходит в несколько раз большее расстояние в направлении, противоположном пути Солнца в космосе. Его толщина с наветренной стороны оценивается от 10 до 100 а.е. [39] Ученые проекта «Вояджер» определили, что гелиооболочка не «гладкая» - это скорее «пенная зона», заполненная магнитными пузырьками, каждый шириной около 1 а.е. [29] Эти магнитные пузыри создаются в результате воздействия солнечного ветра и межзвездной среды. [40] [41] " Вояджер-1" и " Вояджер-2" начали обнаруживать свидетельства существования пузырей в 2007 и 2008 годах соответственно. Пузыри, вероятно, напоминающие колбасу, образуются в результате магнитного пересоединения между противоположно ориентированными секторами магнитного поля Солнца при замедлении солнечного ветра. Вероятно, они представляют собой замкнутые структуры, отколовшиеся от межпланетного магнитного поля .

На расстоянии около 113 а.е. « Вояджер-1» обнаружил «застойную зону» в гелиооболочке. [9] В этой области солнечный ветер замедлился до нуля, [42] [43] [44] [45] напряженность магнитного поля удвоилась, а количество высокоэнергетических электронов из галактики увеличилось в 100 раз. Примерно в 122 а.е. космический корабль вошел в новую область, которую ученые проекта «Вояджер» назвали «магнитной магистралью», область все еще находится под влиянием Солнца, но с некоторыми существенными отличиями. [5]

Гелиопауза

Гелиопауза теоретическая границы , где ВС «s солнечный ветер останавливает межзвездную среду ; где сила солнечного ветра уже недостаточно велика, чтобы оттеснить звездные ветры окружающих звезд. Это граница, на которой уравновешивается давление межзвездной среды и солнечного ветра. О пересечении гелиопаузы должно свидетельствовать резкое падение температуры заряженных частиц солнечного ветра [43], изменение направления магнитного поля и увеличение числа галактических космических лучей. [11] В мае 2012 года « Вояджер-1» обнаружил быстрое увеличение таких космических лучей (увеличение на 9% за месяц после более постепенного увеличения на 25% с января 2009 года по январь 2012 года), предполагая, что он приближается к гелиопаузе. . [11] В период с конца августа по начало сентября 2012 года на « Вояджере-1» наблюдалось резкое падение количества протонов от Солнца с 25 частиц в секунду в конце августа до примерно 2 частиц в секунду к началу октября. [46] В сентябре 2013 года НАСА объявило, что « Вояджер-1» пересек гелиопаузу 25 августа 2012 года. [12] Это было на расстоянии 121 а.е. (18 миллиардов км) от Солнца. [47] Вопреки предсказаниям, данные « Вояджера-1» показывают, что магнитное поле галактики совпадает с магнитным полем Солнца. [48]

«… солнечный ветер и межзвездная среда взаимодействуют, образуя область, известную как внутренняя гелиослоя, ограниченная изнутри ударной волной, а снаружи - гелиопаузой» - НАСА [49]

Heliotail

Гелиотейст - это хвост гелиосферы и, следовательно, хвост Солнечной системы. Его можно сравнить с хвостом кометы (однако хвост кометы не тянется за ней при движении; он всегда направлен в сторону от Солнца). Хвост - это область, в которой солнечный ветер Солнца замедляется и в конечном итоге выходит из гелиосферы, медленно испаряясь из-за перезарядки. [50] По форме гелиохвост (недавно обнаруженный программой NASA Interstellar Boundary Explorer - IBEX) напоминает четырехлистный клевер. [51] Частицы в хвосте не светятся, поэтому их нельзя увидеть с помощью обычных оптических приборов. IBEX провел первые наблюдения гелиотейпа, измерив энергию «энергичных нейтральных атомов», нейтральных частиц, созданных столкновениями в пограничной зоне Солнечной системы. [51]

Было показано, что хвост содержит быстрые и медленные частицы; медленные частицы находятся сбоку, а быстрые частицы заключены в центре. Форма хвоста может быть связана с тем, что Солнце недавно испускало быстрые солнечные ветры возле своих полюсов и медленный солнечный ветер возле экватора. Хвост в форме клевера отодвигается все дальше от Солнца, в результате чего заряженные частицы начинают трансформироваться в новую ориентацию.

В 2009 году данные Cassini и IBEX поставили под сомнение теорию «гелиотропа». [27] [28] В июле 2013 года результаты IBEX выявили четырехлепестковый хвост на гелиосфере Солнечной системы. [52]

Пузырьковая гелиосфера, движущаяся в межзвездной среде.
Обнаружение ENA более сосредоточено в одном направлении. [53]

Гелиопауза - это последняя известная граница между гелиосферой и межзвездным пространством, заполненным материалом, особенно плазмой, не от собственной звезды Земли, Солнца, а от других звезд. [54] Даже в этом случае, как раз за пределами гелиосферы (то есть «солнечного пузыря»), есть переходная область, как обнаружено космическим аппаратом « Вояджер-1» . [55] Так же, как некоторое межзвездное давление было обнаружено еще в 2004 году, часть солнечного вещества просачивается в межзвездную среду. [55] Считается, что гелиосфера находится в Местном межзвездном облаке внутри Местного пузыря , который является областью рукава Ориона в галактике Млечный Путь .

Вне гелиосферы плотность плазмы увеличивается в 40 раз. [55] Существует также радикальное сокращение обнаружения определенных типов частиц от Солнца и значительное увеличение галактических космических лучей. [56]

Поток межзвездной среды (МЗС) в гелиосферу был измерен по крайней мере 11 различными космическими аппаратами по состоянию на 2013 год. [57] К 2013 году предполагалось, что направление потока со временем изменилось. [57] Поток, исходящий с точки зрения Земли из созвездия Скорпиона, вероятно, изменил направление на несколько градусов с 1970-х годов. [57]

Водородная стена

Предполагается, что это область горячего водорода, структура, называемая водородной стенкой, может находиться между головной ударной волной и гелиопаузой. [58] Стена состоит из межзвездного материала, взаимодействующего с краем гелиосферы. В одной статье, выпущенной в 2013 году, изучалась концепция изогнутой волны и водородной стенки. [8]

Другая гипотеза предполагает, что гелиопауза может быть меньше на стороне Солнечной системы, обращенной к орбитальному движению Солнца через галактику. Он также может меняться в зависимости от текущей скорости солнечного ветра и локальной плотности межзвездной среды. Известно, что он находится далеко за пределами орбиты Нептуна . Миссия Voyager 1 и 2 корабля, чтобы найти и изучить прекращение шок, heliosheath и гелиопаузу. Между тем, миссия Interstellar Boundary Explorer (IBEX) пытается получить изображение гелиопаузы с околоземной орбиты в течение двух лет после запуска в 2008 году. Первоначальные результаты (октябрь 2009 г.) от IBEX предполагают, что предыдущие предположения недостаточно осведомлены об истинных сложностях гелиопаузы. [59]

В августе 2018 года долгосрочные исследования водородной стенки с помощью космического корабля New Horizons подтвердили результаты, впервые обнаруженные в 1992 году двумя космическими кораблями Voyager . [60] [61] Хотя водород обнаруживается дополнительным ультрафиолетовым светом (который может исходить из другого источника), обнаружение New Horizons подтверждает более ранние обнаружения Voyager с гораздо более высоким уровнем чувствительности. [62]

Карта Солнца с расположением гипотетической водородной стенки и головной ударной волны (логарифмический масштаб)

Ударная волна

Долгое время высказывалась гипотеза, что Солнце создает «ударную волну» во время своего путешествия в межзвездной среде. Это могло бы произойти, если бы межзвездная среда сверхзвуковой движется «к» Солнцу, поскольку ее солнечный ветер движется «прочь» от Солнца сверхзвуковым образом. Когда межзвездный ветер попадает в гелиосферу, он замедляется и создает область турбулентности. Считалось, что ударная волна может произойти примерно на 230 а.е. [30], но в 2012 году было установлено, что ее, вероятно, не существует. [7] Этот вывод стал результатом новых измерений: скорость LISM (местной межзвездной среды) относительно Солнца, по данным Ulysses , составляла 26,3 км / с , а IBEX - 23,2 км / с. [63]

Это явление наблюдалось за пределами Солнечной системы, вокруг звезд, отличных от Солнца, с помощью уже выведенного из эксплуатации орбитального телескопа GALEX . Было показано, что красная гигантская звезда Мира в созвездии Кита имеет как обломочный хвост, выброшенный из звезды, так и отчетливый толчок в направлении ее движения в космосе (со скоростью более 130 километров в секунду).

Pioneer H , выставленный в Национальном музее авиации и космонавтики, был отмененным зондом для изучения Солнца. [64]

Обнаружение космическим кораблем

Точное расстояние до гелиопаузы и ее форма все еще не определены. Межпланетные / межзвездные космические аппараты, такие как Pioneer 10 , Pioneer 11 и New Horizons , движутся наружу через Солнечную систему и в конечном итоге пройдут через гелиопаузу. Связь с Пионерами 10 и 11 была потеряна.

Результаты Кассини

Вместо того , чтобы комета-образную форму, гелиосферы по- видимому, в форме пузырьков по данным Кассини ' ы Ion и нейтраль камеры (MIMI / INCA). Карты INCA ( ENA ) предполагают, что взаимодействие в большей степени контролируется давлением частиц и плотностью энергии магнитного поля, а не столкновениями между солнечным ветром и межзвездной средой . [27] [65]

Результаты IBEX

Первоначальные данные от Interstellar Boundary Explorer (IBEX), запущенного в октябре 2008 года, выявили ранее непредсказуемую «очень узкую ленту, которая в два-три раза ярче всего на небе». [28] Первоначальные интерпретации предполагают, что «межзвездная среда имеет гораздо большее влияние на структурирование гелиосферы, чем кто-либо ранее считал» [66] «Никто не знает, что создает ленту ENA (энергичных нейтральных атомов), ...» [67]

«Результаты IBEX поистине замечательны! То, что мы видим на этих картах, не соответствует ни одной из предыдущих теоретических моделей этого региона. Ученым будет интересно просмотреть эти ( ENA ) карты и пересмотреть то, как мы понимаем нашу гелиосферу. и как он взаимодействует с галактикой ». [68] В октябре 2010 года значительные изменения были обнаружены в ленте через 6 месяцев на основе второй серии наблюдений IBEX. [69] Данные IBEX не подтверждают существование головной ударной волны [7], но, согласно одному исследованию, может существовать «головная волна». [8]

Локально

Обзор гелиофизических космических аппаратов около 2011 г.

Особый интерес представляет взаимодействие Земли с гелиосферой, но его протяженность и взаимодействие с другими телами Солнечной системы также были изучены. Некоторые примеры миссий, которые имеют или продолжают собирать данные, относящиеся к гелиосфере, включают (см. Также Список гелиофизических миссий ) :

  • Исследователь солнечных аномальных и магнитосферных частиц
  • Солнечная и гелиосферная обсерватория
  • Обсерватория солнечной динамики
  • СТЕРЕО
  • Космический корабль Улисс
  • Солнечный зонд Parker

Во время полного затмения высокотемпературную корону легче наблюдать с земных солнечных обсерваторий. Во время программы Apollo солнечный ветер был измерен на Луне с помощью эксперимента по составу солнечного ветра . Некоторые примеры солнечных обсерваторий, базирующихся на поверхности Земли, включают солнечный телескоп МакМата – Пирса или более новый солнечный телескоп GREGOR , а также отремонтированную солнечную обсерваторию Big Bear . (см. также Список солнечных телескопов )

Хронология исследования и обнаружения

Parker Solar Probe, запущенный в 2018 году, исследует регион около Солнца.
  • 1904: Потсдамский великий рефрактор со спектрографом обнаруживает межзвездную среду . [70] Двойная звезда Минтака в Орионе имеет элемент кальций в промежуточном пространстве. [70]
  • Январь 1959 года: Луна-1 становится первым космическим кораблем, наблюдающим за солнечным ветром. [71]
  • 1962: «Маринер-2» обнаруживает солнечный ветер. [72]
  • 1972–1973: Pioneer 10 становится первым космическим кораблем, исследующим гелиосферу мимо Марса, пролетев мимо Юпитера 4 декабря 1973 года и продолжая передавать данные о солнечном ветре на расстояние 67 а.е. [16]
  • Февраль 1992 года. После полета у Юпитера космический корабль « Улисс» стал первым, кто исследовал средние и высокие широты гелиосферы. [73]
  • 1992: зонды Pioneer и Voyager обнаружили излучение Ly-α, резонансно рассеянное гелиосферным водородом. [18]
  • 2004: " Вояджер-1" становится первым космическим кораблем, достигшим конечной ударной волны. [5]
  • 2005: Наблюдения за солнечным ветром на SOHO показывают, что форма гелиосферы не осесимметрична , а искажена, скорее всего, под влиянием местного галактического магнитного поля. [74]
  • 2009: Ученые проекта IBEX обнаруживают и наносят на карту ленточную область интенсивного энергетического излучения нейтральных атомов . Считается, что эти нейтральные атомы происходят из гелиопаузы. [28]
  • Октябрь 2009 г .: гелиосфера может иметь форму пузыря, а не кометы. [27]
  • Октябрь 2010 г .: через шесть месяцев в ленте были обнаружены значительные изменения, основанные на втором наборе наблюдений IBEX. [69]
  • Май 2012 г .: данные IBEX указывают на то, что, вероятно, нет «шока». [7]
  • Июнь 2012 г .: В 119 а.е. « Вояджер-1» обнаружил увеличение космических лучей. [11]
  • 25 августа 2012 г .: « Вояджер-1» пересекает гелиопаузу, став первым созданным человеком объектом, покинувшим гелиосферу. [2]
  • Август 2018: долгосрочные исследования водородной стены, проведенные космическим аппаратом New Horizons, подтвердили результаты, впервые обнаруженные в 1992 году двумя космическими кораблями "Вояджер" . [60] [61]
  • 5 ноября 2018: Вояджер-2 пересекает гелиопаузу, покидая гелиосферу. [3]

Эти изображения включают элементы, которые могут не отражать самые последние модели. [7] [27] [28] [29]

  • Гелиосфера: классическая модель

  • Гелиосфера взаимодействует с межзвездным ветром

  • Движущаяся гелиосфера, показывающая гелиослой, заполненный «пеной» магнитного пузыря (красный) [29]

  • "> Воспроизвести медиа

    Фрагмент фильма " Стражи гелиосферы" , отслеживающий некоторые исследовательские спутники, развернутые для анализа Солнца.

  • Выброс корональной массы
  • Ферми свечение
  • Межпланетная среда
  • Том Кримигис
  • Солнечная вспышка

  1. ^ Александр Дж. Десслер (февраль 1967). «Солнечный ветер и межпланетное магнитное поле». Обзоры геофизики и космической физики . 5 (1): 1–41. Bibcode : 1967RvGSP ... 5 .... 1D . DOI : 10,1029 / RG005i001p00001 .
  2. ^ а б в «Космический корабль НАСА отправляется в историческое путешествие в межзвездное пространство» . НАСА . 12 сентября 2013 . Проверено 8 марта +2016 .
  3. ^ а б «Зонд НАСА« Вояджер-2 »входит в межзвездное пространство» . Лаборатория реактивного движения НАСА . 10 декабря 2018 . Проверено 14 декабря 2018 .
  4. ^ Солнечный ветер
  5. ^ а б в г «НАСА« Вояджер-1 »встречает новый регион в глубоком космосе» .
  6. ^ а б в «Вояджер-2 доказывает, что Солнечная система раздавлена» . НАСА . 10 декабря 2007 . Проверено 8 марта +2016 .
  7. ^ а б в г д е «Новые данные Interstellar Boundary Explorer показывают, что головной ударной волны гелиосферы, о которой долго размышляли, не существует» . Phys.org . 10 мая 2012 . Проверено 8 марта +2016 .
  8. ^ а б в Zank, GP; Heerikhuisen, J .; Дерево, BE; Погорелов Н.В.; Zirnstein, E .; МакКомас, ди-джей (1 января 2013 г.). «Структура гелиосферы: носовая волна и водородная стена» . Астрофизический журнал . 763 (1): 20. Bibcode : 2013ApJ ... 763 ... 20Z . DOI : 10.1088 / 0004-637X / 763/1/20 .
  9. ^ а б в г Зелл, Холли (5 декабря 2011 г.). «Вояджер НАСА попадает в новый регион на краю Солнечной системы» . НАСА . Проверено 5 сентября 2018 года .
  10. ^ «НАСА - Вояджер - Условия на краю Солнечной системы» . НАСА. 9 июня 2011 . Проверено 5 сентября 2018 года .
  11. ^ а б в г "НАСА - данные от НАСА" Вояджер-1 "к межзвездному будущему" . НАСА. 14 июня 2012 . Проверено 5 сентября 2018 года .
  12. ^ а б Грейсиус, Тони (5 мая 2015 г.). «Космический корабль НАСА отправляется в историческое путешествие в межзвездное пространство» .
  13. ^ а б в «Пионер 10: первый зонд, покинувший внутреннюю часть Солнечной системы и предшественник Юноны - NASASpaceFlight.com» . www.nasaspaceflight.com . Проверено 12 октября 2018 года .
  14. ^ «НАСА - Пионер-10 и Пионер-11» . www.nasa.gov . Проверено 12 октября 2018 года .
  15. ^ «НАСА - КОСМИЧЕСКИЙ ПИОНЕР-10 ПОСЫЛАЕТ ПОСЛЕДНИЙ СИГНАЛ» . www.nasa.gov . Проверено 12 октября 2018 года .
  16. ^ а б в г «Пионер 10–11» . www.astronautix.com . Проверено 12 октября 2018 года .
  17. ^ а б Администратор, NASA Content (3 марта 2015 г.). «Пионерские миссии» . НАСА . Проверено 12 октября 2018 года .
  18. ^ а б Томас, Холл, Дойл (1992). «Ультрафиолетовое резонансное излучение и структура гелиосферы» . Репозиторий Аризонского университета . Bibcode : 1992PhDT ........ 12H .
  19. ^ а б «Вояджер-2 приближается к межзвездному пространству - небо и телескоп» . Небо и телескоп . 10 октября 2018 . Проверено 12 октября 2018 года .
  20. ^ Поттер, Шон (9 декабря 2018 г.). «Зонд НАСА« Вояджер-2 »входит в межзвездное пространство» . НАСА . Дата обращения 2 ноября 2019 .
  21. ↑ Поттер. S, 2018 г., зонд НАСА «Вояджер-2» входит в межзвездное пространство https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-voyager-2-probe-enters-interstellar-space Миссия НАСА «Вояджер». Выпуск от 10 декабря 2018 г. Дата обращения 10 декабря 2018 г.
  22. ^ " Вояджер-2" пересекает границу Солнца, перемещается в межзвездное пространство https://astronomynow.com/2018/12/10/voyager-2-leaves-the-suns-influence-moves-into-interstellar-space/ Astronomy Now. Выпуск от 10 декабря 2018 г. Дата обращения 10 декабря 2018 г.
  23. ↑ Поттер. S, 2018 г., зонд НАСА «Вояджер-2» входит в межзвездное пространство https://www.nasa.gov/press-release/nasa-s-voyager-2-probe-enters-interstellar-space Миссия НАСА «Вояджер». Выпуск от 10 декабря 2018 г. Дата обращения 10 декабря 2018 г.
  24. ^ Дж. Матсон (27 июня 2013 г.). «Вояджер-1 возвращает удивительные данные об неизведанной области глубокого космоса» . Scientific American . Проверено 8 марта +2016 .
  25. ^ Оуэнс, Мэтью Дж .; Форсайт, Роберт Дж. (28 ноября 2013 г.). «Магнитное поле гелиосферы» . Живые обзоры по солнечной физике . 10 (1): 5. Bibcode : 2013LRSP ... 10 .... 5O . DOI : 10.12942 / lrsp-2013-5 . ISSN  1614-4961 .
  26. ^ Mursula, K .; Хилтула, Т. (2003). "Застенчивая балерина: гелиосферный токовый слой смещен к югу" . Письма о геофизических исследованиях . 30 (22): 2135. Bibcode : 2003GeoRL..30.2135M . DOI : 10.1029 / 2003GL018201 .
  27. ^ а б в г д е Университет Джона Хопкинса (18 октября 2009 г.). «Новый взгляд на гелиосферу: Кассини помогает перерисовать форму Солнечной системы» . ScienceDaily . Проверено 8 марта +2016 .
  28. ^ а б в г д е «Первые карты IBEX показывают захватывающие взаимодействия, происходящие на краю Солнечной системы» . 16 октября 2009 . Проверено 8 марта +2016 .
  29. ^ а б в г Зелл, Холли (7 июня 2013 г.). «Большой сюрприз с края Солнечной системы» .
  30. ^ а б Nemiroff, R .; Боннелл, Дж., Ред. (24 июня 2002 г.). «Гелиосфера и гелиопауза Солнца» . Астрономическая картина дня . НАСА . Проверено 8 марта +2016 .
  31. ^ «Инструмент Массачусетского технологического института находит сюрпризы на краю Солнечной системы» . Массачусетский Институт Технологий. 10 декабря 2007 . Проверено 20 августа 2010 года .
  32. ^ Стейгервальд, Билл (24 мая 2005 г.). «Путешественник выходит на последний рубеж Солнечной системы» . Американское астрономическое общество . Проверено 25 мая 2007 года .
  33. ^ «Вояджер-2 доказывает, что Солнечная система раздавлена» . Лаборатория реактивного движения . 10 декабря 2007 года Архивировано из оригинала 13 декабря 2007 года . Проверено 25 мая 2007 года .
  34. ^ Дональд А. Гурнетт (1 июня 2005 г.). "Шок прекращения космического корабля" . Кафедра физики и астрономии (Университет Айовы) . Проверено 6 февраля 2008 года .
  35. ^ Селеста Бивер (25 мая 2005 г.). «Вояджер-1 достигает границы Солнечной системы» . Новый ученый . Проверено 6 февраля 2008 года .
  36. ^ Дэвид Шига (10 декабря 2007 г.). «Зонд« Вояджер-2 »достиг границы Солнечной системы» . Новый ученый . Проверено 6 февраля 2008 года .
  37. ^ Тан, Кер (24 мая 2006 г.). «Вояджер II обнаруживает край Солнечной системы» . CNN . Проверено 25 мая 2007 года .
  38. ^ JPL.NASA.GOV. «Вояджер - Межзвездная миссия» . Архивировано из оригинала 8 июля 2013 года .
  39. ^ Брандт, Понт (27 февраля - 2 марта 2007 г.). "Визуализация границы гелиосферы" (PDF) . Семинар Консультативного совета НАСА по науке, связанной с архитектурой исследования Луны: Белые книги . Темпе, Аризона: Лунный и планетарный институт . Проверено 25 мая 2007 года .
  40. ^ Кук, Ж.-Р. (9 июня 2011 г.). «Зонды НАСА предполагают, что магнитные пузыри находятся на краю Солнечной системы» . НАСА / Лаборатория реактивного движения . Проверено 10 июня 2011 года .
  41. ^ Rayl, A. js (12 июня 2011 г.). «Путешественник обнаруживает возможное море огромных турбулентных магнитных пузырей на краю Солнечной системы» . Планетарное общество . Архивировано из оригинального 16 -го июня 2011 года . Проверено 13 июня 2011 года .
  42. ^ Амос, Джонатан (14 декабря 2010 г.). "Путешественник у края Солнечной системы" . BBC News . Проверено 10 декабря 2010 года .
  43. ^ а б "Космический корабль НАСА" Вояджер-1 "приближается к границе Солнечной системы" . Space.Com . 13 декабря 2010 . Проверено 15 декабря 2010 года .
  44. ^ Брамфил, Г. (15 июня 2011 г.). «Вояджер на краю: космический корабль обнаруживает неожиданное затишье на границе солнечного пузыря». Природа . DOI : 10.1038 / news.2011.370 .
  45. ^ Кримигис, С.М. Рулоф, ЕС; Деккер, РБ; Хилл, Мэн (16 июня 2011 г.). «Нулевая скорость истечения плазмы в переходном слое гелиооболочки». Природа . 474 (7351): 359–361. Bibcode : 2011Natur.474..359K . DOI : 10,1038 / природа10115 . PMID  21677754 . S2CID  4345662 .
  46. ^ «Зонды« Вояджер »покинут Солнечную систему к 2016 году» . NBCnews . 30 апреля 2011 . Проверено 8 марта +2016 .
  47. ^ Коуэн, Р. (2013). «Вояджер-1 достиг межзвездного пространства». Природа . DOI : 10.1038 / nature.2013.13735 . S2CID  123728719 .
  48. ^ Вергано, Дэн (14 сентября 2013 г.). «Вояджер-1 покидает Солнечную систему, подтверждает НАСА» . National Geographic . Дата обращения 9 февраля 2015 .
  49. ^ Гарнер, Роб (26 февраля 2016 г.). «Наблюдения НАСА IBEX фиксируют межзвездное магнитное поле» .
  50. ^ "Неожиданная структура Heliotail" , Астробиология . 12 июля 2013 г.
  51. ^ a b Коул, Стив. «Спутник НАСА обеспечивает первое изображение хвоста Солнечной системы» Выпуск новостей НАСА 12-211, 10 июля 2013 г.
  52. ^ Зелл, Холли (6 марта 2015 г.). «IBEX обеспечивает первое представление о хвосте Солнечной системы» .
  53. ^ [1]
  54. ^ Грейсиус, Тони (11 сентября 2013 г.). "Глоссарий Вояджера" .
  55. ^ а б в Грейсиус, Тони (5 мая 2015 г.). «Космический корабль НАСА отправляется в историческое путешествие в межзвездное пространство» .
  56. ^ "Как мы узнаем, когда" Вояджер "достиг межзвездного пространства?" .
  57. ^ а б в Зелл, Холли (6 марта 2015 г.). «Межзвездный ветер менял направление за 40 лет» .
  58. ^ Дерево, BE; Александр, WR; Лински, JL (13 июля 2006 г.). «Свойства местной межзвездной среды и взаимодействие звездных ветров \ epsilon Indi и \ lambda Andromedae с межзвездной средой» . Американское астрономическое общество. Архивировано из оригинального 14 июня 2000 года . Проверено 25 мая 2007 года .
  59. ^ Палмер, Джейсон (15 октября 2009 г.). «Статья BBC News» . Проверено 4 мая 2010 года .
  60. ^ а б Гладстон, Дж. Рэндалл; Прайор, WR; Стерн, С. Алан; Эннико, Кимберли; и другие. (7 августа 2018 г.). «Небесный фон Лаймана-α, наблюдаемый New Horizons». Письма о геофизических исследованиях . 45 (16): 8022–8028. arXiv : 1808.00400 . Bibcode : 2018GeoRL..45.8022G . DOI : 10.1029 / 2018GL078808 . S2CID  119395450 .
  61. ^ а б Летцтер, Рафи (9 августа 2018 г.). «НАСА обнаружило огромную светящуюся« водородную стену »на краю нашей Солнечной системы» . Живая наука . Проверено 10 августа 2018 .
  62. ^ «НАСА обнаружило огромную светящуюся« водородную стену »на краю нашей Солнечной системы» . Живая наука . Проверено 12 октября 2018 года .
  63. ^ «Никаких ударов для этого лука: IBEX говорит, что мы ошибаемся» . 14 мая 2012 года Архивировано из оригинала 17 декабря 2012 года . Проверено 4 декабря 2012 года .
  64. ^ "Пионер Х, исследование миссии Юпитера Свингби вне эклиптики" (PDF) . 20 августа 1971 . Проверено 2 мая 2012 года .
  65. ^ НАСА - фотожурнал (15 октября 2009 г.). «Пузырь нашей Солнечной системы» . Проверено 8 марта +2016 .
  66. ^ 15 октября / 09 Объявление команды IBEX на http://ibex.swri.edu/
  67. ^ Керр, Ричард А. (2009). «Связывание Солнечной системы лентой заряженных частиц». Наука . 326 (5951): 350–351. DOI : 10.1126 / science.326_350a . PMID  19833930 .
  68. ^ Дэйв МакКомас, главный исследователь IBEX на http://ibex.swri.edu/
  69. ^ а б «Полный архив пресс-релиза по астробиологии, эксклюзивные новости, сводки новостей» . 2 октября 2010 г.
  70. ^ а б Канипе, Джефф (27 января 2011 г.). Космическая связь: как астрономические события влияют на жизнь на Земле . Книги Прометея. ISBN 9781591028826.
  71. ^ «Луна-1» . nssdc.gsfc.nasa.gov . Проверено 15 декабря 2018 года .
  72. ^ "50 лет: Mariner 2, Миссия на Венеру - Лаборатория реактивного движения НАСА" . www.jpl.nasa.gov . Дата обращения 6 ноября 2019 .
  73. ^ «Информационный бюллетень» . Европейское космическое агентство . 15 марта 2013 . Проверено 15 декабря 2018 года .
  74. ^ Lallement, R .; Quémerais, E .; Bertaux, JL; Ferron, S .; Koutroumpa, D .; Пеллинен, Р. (март 2005 г.). «Отклонение межзвездного нейтрального потока водорода через гелиосферную границу раздела». Наука . 307 (5714): 1447–1449 (SciHomepage). Bibcode : 2005Sci ... 307.1447L . DOI : 10.1126 / science.1107953 . PMID  15746421 . S2CID  36260574 .

Заметки

  • «Кажется, гелиопауза составляет 23 миллиарда километров» . Вселенная сегодня. 9 декабря 2003 . Проверено 8 августа 2007 года .
  • «Космические зонды показывают форму пули Солнечной системы» . Журнал КОСМОС. 11 мая 2007 года Архивировано из оригинала 13 мая 2007 года . Проверено 12 мая 2007 года .

  • Schwadron, NA; и другие. (6 сентября 2011 г.). «Влияет ли космическая среда на экосферу?». Эос . 92 (36): 297–301. Bibcode : 2011EOSTr..92..297S . DOI : 10.1029 / 2011eo360001 .
  • Вселенная сегодня так выглядит Солнечная система

  • Перемещение в межзвездное пространство (концепция художника)
  • «Данные Кассини помогают перерисовать форму нашей Солнечной системы» 2010 г.
  • Публикации в реферируемых журналах
  • Цели межзвездной миссии "Вояджер"
  • Гелиосфера (Космикопия)
  • Домашняя страница NASA GALEX (Исследователь эволюции галактики) в Калтехе
  • Группа солнечных и гелиосферных исследований при Мичиганском университете
  • Лента на краю нашей Солнечной системы: войдет ли в этом столетии Солнце в облако межзвездного газа размером в миллион градусов?
  • Большой сюрприз с края Солнечной системы (НАСА, 06.09.11)