Изучение защитного пузыря нашей солнечной системы

Так выглядит гелиосфера? Об этом свидетельствуют исследования под руководством BU. Размер и форма магнитного «силового поля», защищающего нашу Солнечную систему от смертоносных космических лучей, давно обсуждались астрофизиками. Предоставлено: Merav Opher, et. аль

Многопрофильная группа астрофизиков со штаб-квартирой в Бостонском университете во главе с астрофизиком Меравом Офер из BU сделала прорыв в нашем понимании космических сил, которые формируют защитный пузырь, окружающий нашу солнечную систему – пузырь, который укрывает жизнь на Земле и является известная космическими исследователями как гелиосфера.


Астрофизики считают, что гелиосфера защищает планеты в нашей солнечной системе от мощной радиации, исходящей от сверхновых звезд, последних взрывов умирающих звезд по всей Вселенной. Они считают, что гелиосфера простирается далеко за пределы нашей Солнечной системы, но, несмотря на массивный буфер против космического излучения, который гелиосфера обеспечивает жизненным формам Земли, никто на самом деле не знает форму гелиосферы – или, если на то пошло, ее размер.

«Насколько это актуально для общества? Окружающий нас пузырь, созданный Солнцем, обеспечивает защиту от галактических космических лучей, и его форма может влиять на то, как эти лучи попадают в гелиосферу», – говорит Джеймс Дрейк, астрофизик из Университета. Мэриленда, который сотрудничает с Офером. «Есть много теорий, но, конечно, способ проникновения галактических космических лучей может зависеть от структуры гелиосферы – есть ли у нее морщины, складки и тому подобное?»

Команда Офера построила одни из самых убедительных компьютерных симуляций гелиосферы, основанные на моделях, построенных на наблюдаемых данных и теоретической астрофизике. В BU, в Центре космической физики, Офер, профессор астрономии Колледжа искусств и наук, возглавляет научный центр NASA DRIVE («Разнообразие, осознание, интеграция, венчание, образование»), который финансируется НАСА в размере 1,3 миллиона долларов. Эта команда, состоящая из экспертов, нанятых Офером из 11 других университетов и исследовательских институтов, разрабатывает прогнозные модели гелиосферы в рамках усилий, которые команда называет SHIELD (Солнечный ветер с ионным обменом водорода и крупномасштабной динамикой).

С тех пор, как научный центр NASA DRIVE BU’S впервые получил финансирование в 2019 году, команда Opher’s SHIELD искала ответы на несколько загадочных вопросов: какова общая структура гелиосферы? Как его ионизированные частицы эволюционируют и влияют на гелиосферные процессы? Как гелиосфера взаимодействует и влияет на межзвездную среду, материю и излучение, существующие между звездами? И как космические лучи фильтруются или переносятся через гелиосферу?

«SHIELD объединяет теорию, моделирование и наблюдения для построения всеобъемлющих моделей», – говорит Офер. «Все эти различные компоненты работают вместе, чтобы помочь понять загадки гелиосферы».

А теперь статья, опубликованная Офером и соавторами в Астрофизический журнал показывает, что нейтральные частицы водорода, исходящие из-за пределов нашей солнечной системы, скорее всего, играют решающую роль в формировании нашей гелиосферы.

В своем последнем исследовании команда Офера хотела понять, почему гелиосферные струи – цветущие столбы энергии и вещества, похожие на другие типы космических струй, встречающиеся во Вселенной, – становятся нестабильными. «Почему звезды и черные дыры – и наше собственное Солнце – выбрасывают нестабильные струи?» – говорит Офер. “Мы видим, что эти струи выступают в виде столбов неправильной формы, и [astrophysicists] годами задавались вопросом, почему эти формы представляют собой нестабильность ».

Еще один прорыв для команды, изучающей защитный пузырь нашей солнечной системы |  Грань

Новое исследование, проведенное астрофизиком Меравом Офер, могло объяснить, почему гелиосфера, защитное магнитное «силовое поле», исходящее от нашего Солнца и охватывающее нашу солнечную систему, вероятно, нестабильна и имеет неправильную форму. «Вселенная не спокойна, – говорит Офер. «Наша модель BU не пытается избавиться от хаоса». Предоставлено: Merav Opher, et. аль

Точно так же модели SHIELD предсказывают, что гелиосфера, путешествующая в тандеме с нашим Солнцем и охватывающая нашу солнечную систему, не кажется стабильной. Другие модели гелиосферы, разработанные другими астрофизиками, имеют тенденцию изображать гелиосферу как имеющую кометоподобную форму, с струей или «хвостом», струящейся позади нее. Напротив, модель Офера предполагает, что гелиосфера больше похожа на круассан или даже на пончик.

Причина этого? Нейтральные частицы водорода, так называемые, потому что они имеют равное количество положительного и отрицательного заряда, которые не содержат никакого заряда.

«Они текут через солнечную систему», – говорит Офер. Используя вычислительную модель, подобную рецепту, для проверки влияния «нейтральных» частиц на форму гелиосферы, она «извлекла из пирога один ингредиент – нейтралы – и заметила, что струи, исходящие от Солнца, формирующие гелиосферу, становятся супер стабильный. Когда я вставляю их обратно, вещи начинают гнуться, центральная ось начинает шевелиться, а это означает, что что-то внутри гелиосферных джетов становится очень нестабильным ».

Подобная нестабильность теоретически может вызвать возмущения в солнечных ветрах и струях, исходящих от нашего Солнца, в результате чего гелиосфера разделится на форму, похожую на круассан. Хотя астрофизики еще не разработали способы наблюдения фактической формы гелиосферы, модель Офера предполагает присутствие нейтралов, врезающихся в нашу солнечный Система сделает невозможным однородное течение гелиосферы, как летящая комета. И одно можно сказать наверняка – нейтралы определенно прорываются сквозь космос.

Дрейк, соавтор нового исследования, говорит, что модель Офера «предлагает первое четкое объяснение того, почему форма гелиосферы распадается в северной и южной областях, что может повлиять на наше понимание того, как галактические космические лучи попадают на Землю и в ближний мир. -Земля окружающей среды ». Это может повлиять на угрозу, которую радиация представляет для жизни на Земле, а также для космонавтов в космосе или будущих пионеров, пытающихся отправиться на Марс или другие планеты.

«Вселенная не спокойна», – говорит Офер. “Наша модель BU не пытается устранить хаос, что позволило мне точно определить причину [of the heliosphere’s instability]…. Нейтральные частицы водорода ».

В частности, присутствие нейтралов, сталкивающихся с гелиосферой, запускает явление, хорошо известное физикам, называемое неустойчивостью Рэлея-Тейлора, которое возникает, когда два материала разной плотности сталкиваются, когда более легкий материал толкает более тяжелый материал. Это то, что происходит, когда нефть взвешивается над водой, и когда более тяжелые жидкости или материалы взвешиваются над более легкими жидкостями. Гравитация играет роль и порождает некоторые совершенно неправильные формы. В случае космических джетов сопротивление между нейтральными частицами водорода и заряженными ионами создает эффект, аналогичный гравитации. “Пальцы”, которые можно увидеть в знаменитой туманности Конская Голова, например, вызваны нестабильностью Рэлея-Тейлора.

«Это открытие является действительно большим прорывом, оно действительно направило нас в направлении открытия, почему наша модель получает свою отчетливую гелиосферу в форме круассана, а другие модели – нет», – говорит Офер.


Раскрытие формы нашей солнечной системы


Больше информации:
М. Офер и др., Турбулентный гелиослой, вызванный неустойчивостью Рэлея – Тейлора, Астрофизический журнал (2021 г.). DOI: 10.3847 / 1538-4357 / ac2d2e

Цитата: Изучение защитного пузыря нашей солнечной системы (2021 год, 3 декабря) получено 3 декабря 2021 года с https://phys.org/news/2021-12-solar.html.

Этот документ защищен авторским правом. За исключением честных сделок с целью частного изучения или исследования, воспроизведение какой-либо части без письменного разрешения запрещено. Контент предоставляется только в информационных целях.

Leave a Comment