دانشمندان کشف کردند چرا منظومه‌ی شمسی شکلی شبیه کروسان دارد
دانشمندان در یک پژوهش تازه موفق شدند علت شکل کروسان-مانند مرز منظومه‌ی شمسی را که از ما در برابر پرتوهای کیهانی محافظت می‌کند، به زیبایی مشخص کنند.
منظومه‌ی شمسی ما در یک حباب قرار گرفته است. باد و تشعشعات خورشید به سمت خارج جریان دارند و به فضای میان‌ستاره‌ای می‌ریزند. این جریان، یک مرز برای محدوده‌ی اثرگذاری خورشید ایجاد می‌کند که درون آن اجرام منظومه‌ی شمسی از پرتوهای کیهانی قدرتمند محافظت می‌شوند.
به این مرز «هورسپهر» یا «هلیوسفر» (Heliosphere) گفته می‌شود و درک چگونگی عملکرد آن بخش مهمی از درک منظومه‌ی شمسی ماست. شاید حتی بتواند اینکه چگونه ما و تمام حیات روی زمین می‌توانیم در موقعیت فعلی باشیم را توضیح دهد.
اکنون یک پژوهش تازه که در «استروفیزیکال ژورنال» (The Astrophysical Journal) منتشر شده است، به توضیح جامع‌تری درباره‌ی شکل هلیوسفر رسیده است. «جیمز دریک» (James Drake) اخترفیزیکدان دانشگاه مریلند در این‌باره گفت: «این موضوع چه ارتباطی با جامعه دارد؟ از این جهت که حبابی که ما را دربر گرفته و توسط خورشید تولید شده است، از ما در برابر پرتوهای کیهانی کهکشان محافظت می‌کند و شکل مرز محافظ می‌تواند بر شیوه‌ی ورود پرتوها به هلیوسفر اثر بگذارد.»
او افزود: «نظریه‌های زیادی وجود دارد اما در هر صورت نحوه‌ی ورود پرتوهای کیهانی کهکشان، می‌توان تحت تأثیر ساختار هلیوسفر، ازجمله پیچ‌وتاب و تا شدن و دیگر ساختارهای آن باشد.»
چون ما در داخل هورسپهر هستیم و در حقیقت مرز آن را نمی‌بینیم، تشخیص شکل آن دقیقا آسان نیست اما غیر ممکن هم نیست. دو کاوشگر «وویجر» (Voyager) و همچنین کاوشگر «افق‌های نو» (New Horizons) سه فضاپیمایی هستند که به دوردست‌های منظومه‌ی شمسی سفر کرده‌اند. در واقع کاوشگرهای وویجر حتی از مرز هلیوسفر هم گذشته‌اند و هم‌اکنون در فضای میان‌ستاره‌ای راه خود را طی می‌کنند.
با داده‌های این کاوشگرها، دانشمندان سال گذشته به این نتیجه رسیدند که هلیوسفر می‌تواند تا حدی شبیه به یک کروسان کیهانی عجیب باشد. اکنون آن‌ها دریافته‌اند که علت این شکل عجیب چیست. ذرات هیدروژن خنثی که از فضای میان‌ستاره‌ای به منظومه‌ی شمسی گسیل می‌شوند، نقش مهمی در شکل‌دهی به هلیوسفر دارند.
این تیم پژوهشی شروع به بررسی جت‌های هلیوسفر کردند. این‌ها فواره‌های دوقلویی از مواد هستند که از قطب‌های خورشید بیرون می‌آیند و از برهم‌کنش میدان مغناطیسی خورشید با میدان مغناطیسی میان‌ستاره‌ای شکل خاص خود را می‌گیرند. با این وجود، به جای پرتاب مستقیم به بیرون، تحت فشار جریان میان‌ستاره‌ای مانند دو سمت یک کروسان، به اطراف خم می‌شوند و دم منظومه‌ی شمسی را شکل می‌دهد.
مدل‌سازی جت‌های هلیوسفر
Credit: M. Opher/AAS
این جت‌ها به دیگر جت‌های اخترفیزیکی مشاهده شده شباهت دارند و مانند آن‌ها ناپایدار هستند. هلیوسفر هم که توسط خورشید شکل گرفته است، ناپایدار به‌نظر می‌رسد و بنابراین پژوهشگران در به دنبال علت آن رفتند.
«مراف اوفر» (Merav Opher) اخترفیزیکدان دانشگاه بوستون و سرپرست این مطالعه گفت: «ما می‌بینیم که این جت‌ها به‌صورت ستون‌های نامنظم بیرون می‌آیند و اخترفیزیکدانان سال‌ها متعجب بودند که چرا این اشکال ناپایداری از خود نشان می‌دهند.»
بدین ترتیب این تیم مدل‌سازی محاسباتی را با تمرکز بر روی اتم‌های هیدروژن خنثی، که بار الکتریکی ندارند، انجام داد. می‌دانیم که این جریان‌ها از فضای کیهان می‌گذرند اما نمی‌دانیم که چه تأثیری بر هلیوسفر دارند. هنگامی که پژوهشگران اتم‌های خنثی را از مدل خود خارج کردند، ناگهان جت‌های خورشیدی پایدار شدند. سپس پژوهشگران دوباره آن‌ها را بازگرداندند.
اوفر گفت: «وقتی این اتم‌ها را دوباره داخل مدل‌سازی می‌بریم، جریان‌ها شروع به خم شدن می‌کنند و محور مرکزی شروع به تکان خوردن می‌کند و این یعنی چیزی داخل جت‌های هلیوسفر بسیار ناپایدار می‌شود.»
بر اساس تجزیه‌وتحلیل این تیم، این عملکرد به دلیل برهم‌کنش هیدروژن خنثی با ماده‌ی یونیزه شده در «پوش خورشیدی» (Heliosheath) یا «غلاف هلیوسفر»، ناحیه‌ی بیرونی آن، روی می‌دهد. این برهم‌کنش باعث ایجاد ناپایداری ریلی-تیلور می‌شود. این ناپایداری در فصل مشترک میان دو سیال با چگالی متفاوت، که سیال سبک‌تر به سیال سنگین‌تر فشار می‌آورد، روی می‌دهد. در مرز منظومه‌ی شمسی هم این آشفتگی در مقیاس بزرگ در دم هلیوسفر روی می‌دهد.
این توضیحی روشن و زیبا برای شکل کروسان-مانند هلیوسفر است و می‌تواند مفاهیم گسترده‌ای برای درک ما از شیوه‌ی ورود پرتوهای کیهانی کهکشانی به منظومه‌ی شمسی داشته باشد. همچنین می‌تواند به ما در درک محیط تشعشعی منظومه‌ی شمسی، خارج از میدان مغناطیسی محافظ و جو زمین کمک کند. اوفر گفت: «جهان آرام نیست و مدل ما در دانشگاه بوستون سعی نمی‌کند تا آشفتگی را نادیده بگیرد، به همین دلیل است که به ما امکان داد علت ناپایداری هلیوسفر را که ذرات هیدروژن خنثی است، مشخص کنیم.»
او افزود: «این یافته واقعا یک پیشرفت بزرگ است و ما را در مسیری قرار می‌دهد که بفهمیم چرا در مدل ما هلیوسفر شکل کروسانی متمایز خود را پیدا می‌کند و چرا مدل‌های دیگر این کار را نمی‌کنند.»
عکس کاور: ساختار کروسان مانند هلیوسفر منظومه‌ی شمسی
Credit: Opher et al
منبع: Science Alert
