Астрономы: Солнечная система похожа на круассан

Ветер и излучение Солнца устремляются наружу, выталкиваясь в межзвездное пространство. Это создает границу солнечного влияния, в пределах которой объекты Солнечной системы защищены от мощного космического излучения.

Это называется гелиосферой, и понимание того, как она работает, является важной частью понимания нашей Солнечной системы и, возможно, даже того, как мы и все живое на Земле можем здесь находиться.

"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 астрофизик Джеймс Дрейк из Университета Мэриленд. "Существует множество теорий, но, конечно, на то, как галактические космические лучи могут проникнуть внутрь, может повлиять структура гелиосферы - есть ли у нее морщины, складки и тому подобное?"

Поскольку мы находимся внутри гелиосферы, и ее граница на самом деле не видна, выяснить ее форму не так-то просто. Но это не невозможно. Два зонда "Вояджер" и "Новые горизонты" - это три космических корабля, которые побывали в дальних уголках Солнечной системы; Фактически, зонды "Вояджер" даже пересекли границу гелиосферы и в настоящее время продвигаются через межзвездное пространство.

На основе данных этих зондов в прошлом году ученые определили, что гелиосфера может иметь форму странного космического круассана. Теперь они выяснили, как: нейтральные частицы водорода, попадающие в Солнечную систему из межзвездного пространства, вероятно, играют решающую роль в формировании формы гелиосферы.

Команда приступила к исследованию гелиосферных джетов. Это двойные струи вещества, исходящие из полюсов Солнца, сформированные взаимодействием магнитного поля Солнца с межзвездным магнитным полем. Однако вместо того, чтобы стрелять прямо, они изгибаются, подталкиваемые межзвездным потоком - как острия круассана. Это хвосты Солнечной системы.

Они похожи на другие астрофизические джеты, наблюдаемые в космосе, и, как и другие джеты, струи Солнца нестабильны. И гелиосфера, сформированная Солнцем, тоже кажется нестабильной. Исследователи хотели знать, почему.

"Мы видим, как эти струи выступают в виде столбов неправильной формы, и [астрофизики] в течение многих лет задавались вопросом, почему эти формы представляют нестабильность" - объясняет астрофизик Мерав Офер из Бостонского университета (BU), руководивший исследованием.

Команда провела вычислительное моделирование, сосредоточившись на нейтральных атомах водорода - тех, которые не несут заряд. Мы знаем, как эти потоки проходят через Вселенную, но не знаем, какое влияние они могут оказать на гелиосферу. Когда исследователи исключили нейтральные атомы из своей модели, солнечные струи внезапно стали стабильными. Потом вернули обратно.

"Когда я вставляю их обратно, все начинает сгибаться, центральная ось начинает шевелиться, а это означает, что что-то внутри гелиосферных струй становится очень нестабильным", - говорит Офер.

Согласно анализу команды, это происходит из-за взаимодействия нейтрального водорода с ионизированным веществом в гелиооболочке - внешней области гелиосферы. Это порождает нестабильность Рэлея-Тейлора или нестабильность, которая возникает на границе раздела двух жидкостей разной плотности, когда более легкая жидкость проталкивается в более тяжелую. В свою очередь, это вызывает крупномасштабную турбулентность в хвостах гелиосферы.

Это ясное и элегантное объяснение формы гелиосферы, которое может иметь значение для нашего понимания того, как галактические космические лучи проникают в Солнечную систему. В свою очередь, это может помочь нам лучше понять радиационную среду Солнечной системы за пределами защитного магнитного поля и атмосферы Земли.

"Вселенная не спокойна. Наша модель BU не пытается исключить хаос, что позволило мне точно определить причину [нестабильности гелиосферы]…. Нейтральные частицы водорода", - говорит Офер.

"Это открытие является действительно большим прорывом, оно действительно направило нас к открытию того, почему наша модель получает свою отчетливую гелиосферу в форме круассана, а другие модели - нет".