Τα διαστημόπλοια Voyager 1, Voyager 2 και Cassini αποκαλύπτουν τη δομή και το σχήμα της Ηλιόσφαιρας

Απεικόνιση της μορφής της ηλιακής αστρόσφαιρας (ηλιόσφαιρας) και της θέσης των διαστημοπλοίων Voyager 1 & 2 βασισμένη σε μετρήσεις των Voyagers και του Cassini. Ο Ήλιος βρίσκεται στο κέντρο. Το Voyager 1 (επάνω) έχει περάσει στον μεσοαστρικό χώρο από τον Αύγουστο του 2012 και «αισθάνεται» τη ροή του μεσοαστρικού αερίου (κόκκινα βέλη) και το μεσοαστρικό μαγνητικό πεδίο (γκρι γραμμές), ενώ το Voyager 2 (κάτω) βρίσκεται ακόμη μέσα στην «ηλιοθήκη», έναν σχεδόν σφαιρικό φλοιό που λειτουργεί ως μια μεγάλης κλίμακας «δεξαμενή» πλάσματος και σηματοδοτεί την αλληλεπίδραση της ηλιακής «φυσαλίδας» με τον μεσοαστρικό χώρο. Η χρωματική κλίμακα δείχνει την κατανομή των ενεργητικών ουδετέρων ατόμων που καταγράφει το Cassini. Τα ενεργητικά ουδέτερα άτομα προκύπτουν από μια διαδικασία ανταλλαγής φορτίου μεταξύ ενεργητικών ιόντων και ουδέτερων σωματιδίων και μπορούν να λειτουργήσουν ως κομιστές σημαντικών πληροφοριών προερχόμενα από πολύ απομακρυσμένες περιοχές της ηλιόσφαιρας. (b) Σε αντίθεση με την παλαιότερη θεωρητική αντίληψη, η μορφή της ηλιόσφαιρας είναι περισσότερο συμμετρική και μοιάζει με μια σφαιρική «φυσαλίδα» (Image Credit: Dialynas K et al., Nature Astronomy, 2017).

Μέχρι σήμερα η θεωρητική έρευνα για την ηλιόσφαιρα υποστήριζε πως η µορφή της μοιάζει περισσότερο µε µαγνητόσφαιρας. Η τελική πειραµατική επιβεβαίωση πως η θεώρηση αυτή δεν είναι ακριβής, ήρθε πρόσφατα από ερευνητές της Ακαδηµίας Αθηνών και του Applied Physics Laboratory/Johns Hopkins University, µέσω της δηµοσίευσης των αποτελεσµάτων τους στο περιοδικό Nature Astronomy στις 24 Απριλίου 2017.
Ύστερα από 55 χρόνια επιστηµονικής έρευνας, οι συνδυασµένες µετρήσεις των διαστηµοπλοίων Voyager 1, Voyager 2 και Cassini αποδεικνύουν ότι οι µεταβολές του ηλιακού ανέµου εκτείνονται έως τα όρια της ηλιόσφαιρας κατά τη διάρκεια του 11ετούς ηλιακού κύκλου και υποδεικνύουν πως αυτή αλληλεπιδρά µε το µεσοαστρικό αέριο ως µία διαµαγνητική «φυσαλίδα» πλάσµατος.
Η ηλιόσφαιρα είναι μια εκτεταµένη περιοχή που κυριαρχείται από τη ροή του ηλιακού ανέµου, περιλαµβάνει το ηλιακό µας σύστηµα και εκτείνεται σε αποστάσεις ως και 120 φορές µεγαλύτερες από την απόσταση Γης-Ήλιου. Από το 1961, το σχήµα και η αλληλεπίδρασή της µε το µεσοαστρικό αέριο, περιγραφόταν στο πλαίσιο δύο σηµαντικά διαφορετικών θεωρητικών µοντέλων: ενός µοντέλου τύπου µαγνητόσφαιρας (όπως εκείνη της Γης) µε µαγνητοουρά που θα µπορούσε να εκτείνεται σε αποστάσεις µεγαλύτερες κατά τουλάχιστον 1000 φορές από την απόσταση Γης-Ηλίου, και ενός µοντέλου που προέβλεπε µία περισσότερο συµµετρική, σχεδόν σφαιρική δοµή που αλληλεπιδρά µε ένα µεγάλης κλίµακας µεσοαστρικό µαγνητικό πεδίο.
Μετρήσεις Ενεργητικών Ουδετέρων Σωµατιδίων (ΕΝΑ) από το πείραµα Magnetospheric IMaging Instrument (MIMI) του διαστημοπλοίου Cassini σε συνδυασµό µε µετρήσεις ενεργητικών ιόντων από τα πειράµατα Low Energy Charged Particle (LECP) στα Voyager 1 και 2, δείχνουν πως η ηλιόσφαιρα αποκρίνεται στις αλλαγές της ροής του ηλιακού ανέµου µέσα στη διάρκεια του 11-ετούς ηλιακού κύκλου και εντός ενός σύντοµου χρονικού διαστήµατος, περίπου 2-3 ετών. Η απόκριση της ηλιόσφαιρας, µάλιστα, εµφανίζει παρόµοια συµπεριφορά σε αυτές τις αλλαγές, τόσο προς την κατεύθυνση της αιχµής της («ρύγχος»), όπου συναντά την εισερχόµενη ροή του µεσοαστρικού αερίου, όσο και προς την αντιδιαµετρική κατεύθυνση, εκείνη της «ουράς».
Η έξοδος του Voyager 1 στο µεσοαστρικό χώρο συνοδεύτηκε από ένα σύνολο εντυπωσιακών µετρήσεων, όπου, µεταξύ άλλων αποτελεσµάτων, διαπιστώθηκε η ύπαρξη ενός πολύ ισχυρότερου µαγνητικού πεδίου από αυτό που αναµενόταν θεωρητικά. Τα παραπάνω αποτελέσµατα, σε συνδυασµό µε την εξακρίβωση πως η πίεση του πλάσµατος µέσα στην «ηλιοθήκη» (µια περιοχή, «φλοιός», µεταξύ του κρουστικού κύµατος παύσης και της ηλιόπαυσης) είναι σηµαντικά µεγαλύτερη από εκείνη του µαγνητικού πεδίου, υποδεικνύουν πως η ηλιόσφαιρα είναι µια σχεδόν συµµετρική «φυσαλίδα» πλάσµατος που εµφανίζει διαµαγνητική συµπεριφορά: «αντιστέκεται» στη ροή του µεσοαστρικού αερίου που περιτυλίγεται γύρω από την ηλιόσφαιρα, λίγο έως πολύ, όπως το νερό ρέει γύρω από ένα βότσαλο σε ένα ποτάµι.
Η Ακαδηµία Αθηνών συµµετέχει ενεργά στην έρευνα των ορίων του ηλιακού µας συστήµατος µέσω των ερευνητών του Γραφείου Διαστηµικής Έρευνας και Τεχνολογίας και του Ακαδηµαϊκού Καθηγητή Σταµάτιου Μ. Κριµιζή, επικεφαλής του Γραφείου και των πειραµάτων LECP στα Voyager 1 και 2, αλλά και του πειράµατος MIMI στο Cassini (έως το έτος 2015).

Επίσηµες ανακοινώσεις των αποτελεσµάτων εµφανίζονται στους παρακάτω συνδέσµους: Nature Astronomy Journal: Dialynas, K., S. M. Krimigis, D. G. Mitchell, R. B. Decker & E. C. Roelof, The bubble-like shape of the heliosphere observed by Voyager and Cassini. Nat. Astron. 1, 0115 (2017).http://https://www.nature.com/articles/s41550-017-0115

NASA News: https://www.nasa.gov/feature/goddard/2017/nasa-s-cassini-voyager-missionssuggest-new-picture-of-sun-s-interaction-with-galaxy

European Geosciences Union (highlighted announcement, abstracts of special, public interest, 25/04/2017): http://meetingorganizer.copernicus.org/EGU2017/orals/24849

Johns Hopkins University/Applied Physics Laboratory: http://www.jhuapl.edu/newscenter/pressreleases/2017/170424.asp

Πηγή: Ημερησία