Misja kosmiczna IBEX zakończyła pierwszy w historii przegląd granic całej heliosfery. Efektem jej obserwacji jest wykrycie obecności dziwnej struktury o nieznanym pochodzeniu. W badaniach istotny udział mają polscy naukowcy z Centrum Badań Kosmicznych PAN.
Sonda IBEX (Interstellar Boundary Explorer) została wystrzelona przez NASA 19 października 2008 r. Krąży jako satelita Ziemi po orbicie eliptycznej (15 000 x 300 000 km). Celem misji są badania granic heliosfery, czyli strefy wokół Słońca, w której dominujący jest wiatr słoneczny, a nie materia międzygwiazdowa. "Nigdy wcześniej nikt nie obserwował kosmosu w ten sposób. Otworzyliśmy nowe okno na świat i zobaczyliśmy przez nie rzeczy, których nie spodziewaliśmy się dostrzec", mówi doc. Maciej Bzowski z Centrum Badań Kosmicznych PAN, członek międzynarodowego zespołu misji IBEX.
Nasza gwiazda porusza się w przestrzeni poprzez obłok gazu nazywany lokalnym ośrodkiem międzygwiazdowym. Od Słońca porusza się wiele zjonizowanych cząstek, co określa się mianem wiatru słonecznego. Na krańcach Układu Słonecznego wiatr słoneczny zwalnia, zderzając się z materią międzygwiazdową. Gdy prędkość wiatru słonecznego spada do prędkości poddźwiękowej, powstaje fala uderzeniowa - szok końcowy. Słońce wraz ze swoją heliosferą porusza się względem ośrodka międzygwiazdowego, kompresując materię międzygwiazdową znajdującą się na drodze. Powoduje to powstanie kolejnych struktur: heliopauzy, która jest zewnętrzną krawędzią heliosfery oraz fali czołowej, znajdującej się jeszcze dalej.
Dla uzmysłowienia sobie na czym polega szok końcowy, doc. Bzowski proponuje proste doświadczenie, które można wykonać w kuchni. Wystarczy pod strumień wody włożyć nachylony talerzyk. Wtedy nad miejscem, w które trafia strumień wody widać wyraźny łuk - "szok końcowy", za którym jest większa warstwa wody kończąca się "heliopauzą". "Na talerzyku niestety nie zobaczymy fali czołowej, gdyż w rzeczywistości zjawiska badane przez sondę IBEX powstają nie tylko dlatego, że coś wypływa ze Słońca, ale także dlatego, że Układ Słoneczny jest omywany z zewnątrz przez materię lokalnego ośrodka międzygwiazdowego" tłumaczy Bzowski.
Satelita IBEX obserwuje na niebie rozkład strumieni energetycznych atomów neutralnych (Energetic Neutral Atoms, ENA). Takie atomy powstają tuż za szokiem końcowym, gdy elektrony z gazu międzygwiazdowego są wychwytywane przez protony z wiatru słonecznego albo przez zjonizowaną wiatrem słonecznym materię. Energetyczne atomy neutralne ENA poruszają się z dużymi prędkościami, ale rejestruje się ich zaledwie od kilku na sekundę do jednego na godzinę.
Dzięki temu, że ENA są neutralne, na ich ruch nie wpływa pole magnetyczne, czyli poruszają się po liniach prostych. Możemy przez to uzyskać informacje o miejscach na granicy heliosfery, w których powstały. Pracując w różnych zakresach energii IBEX tworzy w ten sposób mapy niezbadanych krańców Układu Słonecznego. Dane zebrane przez satelitę można porównać z obserwacjami z sond Voyager 1 i Voyager 2, które już przeleciały przez szok końcowy, ale ciągle działają i przesyłają pomiary pola magnetycznego i plazmy słonecznej.
Dotychczasowa teoria przewidywała, że powinno się obserwować większe natężenie atomów ENA z kierunku, w którym porusza się Słońce, a mniejsze z kierunku przeciwnego. Wyniki pomiarów IBEX są jednak zaskakujące. Okazuje się, że wokół Słońca rozciąga się wygięta wstęga, przypominająca prawie zamknięty pierścień. Wstęga jest nachylona do płaszczyzny ekliptyki i nie pokrywa się z płaszczyzną Drogi Mlecznej.
Największa intensywność wstęgi pochodzi z kierunku ponad ekliptyką w obszarze, w którym oddziałują wolny i szybki wiatr słoneczny. Wobec tego naukowcy przypuszczają, że przyczyną jej powstania jest jakaś duża struktura lokalna związana z Układem Słonecznym.
W badaniach misji IBEX biorą udział polscy naukowcy z Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN). Wyniki badań zostały opublikowane w czasopiśmie naukowym "Science" w wydaniu z 15 października 2009 r.
Rozkład energetycznych atomów neutralnych na niebie. Grafika górna i środkowa przedstawiają przewidywania w modelach uwzględniających (odpowiednio) silny lub słaby szok końcowy. Dolna grafika to obraz uzyskany dzięki sondzie IBEX, z wyraźnie widoczną, zaskakującą strukturą wstęgową. Kropką zaznaczono kierunek, w którym porusza się Słońce. Źródło: NASA, The IBEX Team.
Wiatr słoneczny tworzy w obłoku międygwiazdowym bąbel heliosfery, otoczony warstwą graniczną. Jej wewnętrzną krawędzią jest szok końcowy, zewnętrzną - heliopauza, która oddziela ją od materii międzygwiazdowej. Poruszająca się ze Słońcem heliosfera generuje w obłoku międzygwiazdowym charakterystycznie wygiętą falę czołową. Sonda IBEX bada energetyczne atomy neutralne powstające w warstwie granicznej. Źródło: ESA, Martin Kornmesser, Lars Lindberg Christensen.
Więcej informacji:
UT = 6:05:26
