شکل منظومه‌ی شمسی مانند شیرینی کروسان است
دانشمندان در پژوهشی که نتایج آن به‌تازگی منتشر شده، به تخمین تازه‌ای برای شکل هلیوسفر به‌عنوان لایه‌ی محافظ منظومه‌ی شمسی دست یافتند که با آنچه تا پیش از این تصور می‌شد متفاوت است.
تاکنون تصور بر این بود که هورسپهر (Heliosphere)، حباب عظیمی که از ذرات باردار خورشیدی تشکیل شده، در جایی که منظومه‌ی خورشیدی با سرعت زیاد در فضا حرکت می‌کند، لبه‌ی جلویی منحنی دارد و دمی بلند که در مسیرش کشیده شده است. ولی طبق یک پژوهش تازه، شکل صحیح هلیوسفر عجیب‌تر و پیچیده‌تر است؛ چیزی شبیه به یک کروسان که کمی فشرده شده است.
نقشه‌برداری از هلیوسفر دشوار است زیرا نزدیک‌ترین لبه‌ی آن ۱۶ میلیارد کیلومتر از زمین فاصله دارد و تنها دو فضاپیمای وویجر ۱ و وویجر ۲ ناسا موفق شده‌اند به طور مستقیم از مرز منظومه‌ی شمسی نمونه‌برداری کنند. چیزی که به تنهایی برای ترسیم خطوط هلیوسفر بسیار ناکافی است.
بنابراین دانشمندان این کار را به روش‌های دیگری انجام داده‌اند. برای نمونه آن‌ها اندازه‌گیری‌های انجام شده روی پرتوهای کیهانی را که ذرات بسیار پرانرژی هستند و از مسافت‌های بسیار دور به همسایگی ما می‌رسند، مطالعه کرده‌اند. پژوهشگران همچنین «اتم‌های خنثی پرانرژی» را که پس از تعامل با محیط‌های میان‌ستاره‌ای (دریای وسیعی که آن سوی هلیوسفر قرار دارد) به سمت خورشید می‌روند، به دقت رهیابی کردند.
این ردیابی توسط فضپیماهای مختلفی مانند «کاوشگر مرز میان‌ستاره‌ای» ناسا و «کاوشگر کاسینی» انجام شده است. دانشمندان این اطلاعات را در مدل‌های رایانه‌ای پردازش و از آن برای ترسیم شکل هلیوسفر استفاده می‌کنند.
مطالعه‌ای که در مارس ۲۰۲۰ (فروردین ۱۳۹۹) در مجله‌ی Nature Astronomy به چاپ رسیده، نگاه تازه‌ای به این داده‌ها دارد و اندازه‌گیری یون‌های حمل‌شده (Pickup ions) را نیز دخالت می‌دهد. این اندازه‌گیری‌ها توسط «کاوشگر افق‌های نو» پلوتو انجام شده است که هم‌اکنون ۴٫۳ میلیارد کیلومتر دورتر از زمین قرار دارد.
یون‌های حمل‌شده، توسط بادهای خورشیدی (جریان ذرات بارشی که به طور پیوسته از خورشید ساطع می‌شود) جابه‌جا می‌شوند. این جریان توسط محیط میان‌ستاره‌ای محدود شده است و مرز هلیوسفر را شکل داده است. دانشمندان دریافتند که یون‌های حامل بسیار داغ‌تر از ذراتی هستند که بخش بیشتر بادهای خورشیدی را تشکیل می‌دهد و این موضوع باعث شکل عجیب هلیوسفر شده است.
شکل قبلی درنظر گرفته شده برای هلیوسفر که محافظی در مقابل پرتوهای کیهانی است | Credit: NASA
میراو اوفر (Merav Opher)، استاد نجوم دانشگاه بوستون و پژوهشگر اصلی این مطالعه در این زمینه گفت: «دو سیال با هم مخلوط شده‌اند. شما یک مؤلفه‌ی خیلی سرد دارید و مؤلفه‌ی دیگری از یون‌های حمل‌شده که خیلی داغ‌تر است. اگر شما سیال سرد و گرم داشته باشید و آن‌ها را در فضا قرار دهید با هم مخلوط نمی‌شوند بلکه عمدتا به طور جداگانه گسترش می‌یابند. آنچه ما انجام دادیم این بود که این دو مؤلفه‌ی بادهای خورشیدی را از یک‌دیگر جدا کنیم و شکل سه‌بعدی هلیوسفر حاصل از آن را مدل‌سازی نماییم.»
شکلی که این پژوهشگران تشخیص دادند شبیه شیرینی کروسان است؛ یک برآمدگی مرکزی خمیده با دو جت که ضمن پیچش از آن دور می‌شوند.
اوفر در رابطه با شکل مدل‌سازی شده گفت: «از آنجایی که یون‌های حمل‌شده، بر ترمودینامیک این جریان سیال تسلط دارند، همه چیز بسیار کروی است؛ اما از سوی دیگر چون این یون‌ها در پشت شوک پایانی (Termination Shock) سیستم را خیلی سریع ترک می‌کنند، کل هلیوسفر در هم فرو می‌رود.»
شوک پایانی، ناحیه‌ی مرزی هلیوسفر است که ذرات باد خورشیدی فشار به محیط میان‌ستاره‌ای را آغاز می‌کنند و سرعت آن‌ها تا زیر سرعت صوت کاهش می‌یابد.
هرچند با وجود میدان مغناطیسی و جوزمین به‌عنوان یک محافظ قدرتمند، پرتوهای کیهانی خطری برای زندگی روی زمین محسوب نمی‌شود اما به گفته‌ی دانشمندان درک بهتر از شکل هلیوسفر کاربردهای گوناگونی دارد. برای نمونه این حباب ۷۵ درصد از پرتوهای کیهانی را که می‌تواند به فضاپیماها و DNA فضانوردان آسیب برساند، مسدود می‌کند. بنابراین دانستن جزئیات اینکه کدام ناحیه از فضا ایمن است به برنامه‌ریزی برای مأموریت‌های فضایی کمک خواهد کرد.
عکس کاور: مدل‌سازی تازه انجام شده برای شکل هورسپهر | Credit: Opher, et al
منبع: Space
