مرز منظومه‌ی شمسی با فضای میان‌ستاره‌ای برای نخستین بار ترسیم شد

امیر نیک‌رو

۱۰ آذر ۱۴۰۳ | ۱۰:۵۷ زمان مورد نیاز برای مطالعه: ۲ دقیقه

دانشمندان با استفاده از داده‌های ماهواره‌ی «آیبکس» (IBEX) ناسا اولین نقشه‌ی سه‌بعدی مرز بین منظومه‌ی شمسی و فضای میان‌ستاره‌ای را تهیه کردند.

نقشه‌برداری از مرز «هورسپهر» (هلیوسفر) که برای نخستین بار انجام می‌شود، به دانشمندان برای درک بهتر چگونگی برهم‌کنش بادهای خورشیدی و میان‌ستاره‌ای کمک می‌کند.

«دنیل ریزنفلد» (Daniel Reisenfeld) دانشمند «آزمایشگاه ملی لاس‌آلموس» (Los Alamos National Laboratory) آمریکا به عنوان نویسنده‌ی اصلی مقاله‌ی مرتبط که ۱۰ ژوئن (۲۰ خرداد) در نشریه‌ی «استروفیزیکال ژورنال» (Astrophysical Journal) منتشر شده، گفت: «مدل‌های فیزیکی سال‌هاست که نظریه‌هایی درباره‌ی این مرز مطرح کرده‌اند اما این نخستین بار است که ما توانستیم آن را اندازه‌گیری و نقشه‌ی سه‌بعدی از آن تهیه کنیم.»

هورسپهر حبابی است که منظومه‌ی شمسی را در بر گرفته و توسط باد خورشیدی ایجاد می‌شود. جریانی از پروتون‌ها، الکترون‌ها و ذرات آلفا که از خورشید به فضای میان‌ستاره‌ای گسترش می‌یابند و زمین را در برابر تابش زیان‌بار فضای میان‌ستاره‌ای محافظت می‌کنند.

شکل منظومه‌ی شمسی مانند شیرینی کروسان است

ریزنفلد و تیمی از دانشمندان برای تهیه‌ی نقشه‌ی این منطقه، از داده‌های ماهواره‌ی «کاوشگر مرز میان‌ستاره‌ای» (Interstellar Boundary Explorer) ناسا که در مدار زمین قرار دارد استفاده کردند. این فضاپیما ذراتی از «پوش خورشیدی» (Heliosheath) را به‌عنوان یک لایه‌ی مرزی بین منظومه‌ی شمسی و فضای میان‌ستاره‌ای، شناسایی می‌کند.

طرحی گرافیکی از کاوشگر مرز میان‌ستاره‌ای ناسا
Credit: NASA/SwRI

این تیم پژوهشی در نهایت توانست نقشه‌ی لبه‌ی این منطقه را که «منطقه‌ی توقف خورشیدی» (Heliopause) نامیده می‌شود شناسایی کند. در این منطقه باد خورشیدی که به سمت فضای میان‌ستاره‌ای بیرون می‌رود، با باد میان‌ستاره‌ای که به سمت خورشید جریان دارد، برخورد می‌کند.

برای انجام این اندازه‌گیری، دانشمندان روشی مشابه شیوه‌ی استفاده‌ی خفاش‌ها از سونار (فاصله‌یاب صوتی) را به‌کار بردند. ریزنفلد گفت: «همان‌طور که خفاش‌ها از هر جهت پالس‌های سونار می‌فرستند و از سیگنال بازگشت برای ایجاد یک نقشه‌ی ذهنی از محیط اطراف خود استفاده می‌کنند، ما از باد خورشیدی که در تمام جهت‌ها به بیرون جریان دارد، برای ایجاد نقشه‌ی هلیوسفر استفاده کردیم.»

ماهواره‌ی IBEX این کار را با اندازه‌گیری اتم‌های انرژی خنثی (ENA) انجام داد که در نتیجه‌ی برخورد ذرات باد خورشیدی با ذرات باد میان‌ستاره‌ای حاصل می‌شوند. شدت سیگنال به‌شدت وزش باد خورشیدی که به پوش خورشیدی (هلیوشیت) برخورد می‌کند، بستگی دارد. وقتی موجی به پوش برخورد کند، شمار ENA بالا می‌رود و IBEX می‌تواند آن‌ها را تشخیص دهد.

ریزنفلد توضیح داد: «قدرت سیگنال باد خورشیدی متفاوت است و الگوی منحصربه‌فردی را تشکیل می‌دهد. بسته به انرژی ENA، ماهواره‌ی IBEX دو تا شش سال بعد دوباره همان الگو را هنگام بازگشت ENA می‌بیند و ما با درنظر گرفتن این اختلاف زمانی می‌توانیم فاصله تا منبع ENA را در یک جهت خاص پیدا کنیم.»

نخستین نقشه‌ی سه‌بعدی از مرز منظومه‌ی شمسی و فضای میان‌ستاره‌ای
Credit: Los Alamos National Laboratory

دانشمندان با استفاده از داده‌های جمع‌آوری شده در یک چرخه‌ی کامل خورشیدی از سال ۲۰۰۹ تا ۲۰۱۹، این روش را برای ساختن نقشه‌ی سه‌بعدی مرز منظومه‌ی شمسی با فضای میان‌ستاره‌ای اعمال کردند.

ناسا یک فضاپیمای میان‌ستاره‌ای جدید توسعه می‌دهد

دلیل مدت زمان طولانی بازگشت سیگنال به IBEX فاصله‌های بسیار زیاد است. فاصله در منظومه‌ی شمسی با واحد نجومی (AU) اندازه‌گیری می‌شود و هر ۱ واحد نجومی برابر با فاصله‌ی متوسط میان زمین و خورشید یا حدود ۱۵۰ میلیون کیلومتر است.

با در نظر داشتن اینکه مدار سیاره‌ی نپتون در حدود ۶۰ واحد نجومی از خورشید فاصله دارد، نقشه‌ی تهیه شده توسط ریزنفلد و همکارانش نشان می‌دهد که حداقل فاصله از خورشید تا هلیوپاز حدود ۱۲۰ واحد نجومی در جهت برخورد به باد میان ستاره‌ای است و در جهات مخالف تا ۳۵۰ واحد نجومی هم گسترش می‌یابد که فاصله‌ی حد روش فاصله‌یابی صوتی است.