Voyager sunie w nieskończoność

Poza Układem
Pierwsza w historii sonda kosmiczna opuszcza właśnie Układ Słoneczny i wypływa na ocean galaktycznej pustki.
Ślepy i niemy Voyager 1 zawędruje w pobliże innej niż Słońce gwiazdy za 40 tys. lat.
NASA/NASA/JPL - Caltech

Ślepy i niemy Voyager 1 zawędruje w pobliże innej niż Słońce gwiazdy za 40 tys. lat.

Schematyczna budowa heliosfery. 1 - Swobodny wiatr. 2 - Otok. 3 - Heliopauza. 4 - Fala wytwarzana przez ruchomą heliosferę.
M. Kubiak, M. Frołow i Tentaris/Centrum Badań Kosmicznych

Schematyczna budowa heliosfery. 1 - Swobodny wiatr. 2 - Otok. 3 - Heliopauza. 4 - Fala wytwarzana przez ruchomą heliosferę.

Mgławica Bańka wydmuchana w ośrodku międzygwiazdowym przez widoczną w jej wnętrzu gwiazdę.
Daniel Lopez/IAC

Mgławica Bańka wydmuchana w ośrodku międzygwiazdowym przez widoczną w jej wnętrzu gwiazdę.

Proste z pozoru pytanie o granicę Układu Słonecznego długo pozostawało bez jednoznacznej odpowiedzi. No bo gdzie ją umieścić? Na orbicie najdalszej planety, czyli Neptuna, który krąży w odległości 30 j.a. od Słońca? (j.a. – jednostka astronomiczna = 150 mln km = promień orbity Ziemi). Oderwalibyśmy wtedy od słonecznej rodziny Plutona i jego licznych towarzyszy z tzw. pasa Kuipera, rozciągającego się między 30 a 50–60 j.a. Może te granice ustalić na zewnętrznym brzegu pasa Kuipera? Ale w takim razie co z obiektami, których orbity są silnie wydłużone i częściowo wystają poza pas? Więc może tam, gdzie grawitacja Słońca zrównuje się z grawitacją sąsiednich gwiazd? Niestety, wszystkie gwiazdy (łącznie ze Słońcem) poruszają się względem siebie, przez co tak zdefiniowana granica „falowałaby” w przestrzeni.

Problem rozwiązano w zupełnie inny sposób: Układ Słoneczny jest zanurzony w niezwykle rozrzedzonej mieszaninie gazów i mikroskopijnych ziaren lodowo-pyłowych, zwanej ośrodkiem międzygwiazdowym. W ciągu godziny Słońce traci średnio 5 mld ton materii, która w postaci wiatru słonecznego ucieka odeń z prędkością kilkuset kilometrów na sekundę w przestrzeń międzygwiazdową. Wiatr ten rozpycha ośrodek międzygwiazdowy i wytwarza w nim wypełniony słoneczną materią pęcherz, nazywany przez astronomów heliosferą. Powierzchnię heliosfery – tzw. heliopauzę – przyjęto uważać za granicę Układu Słonecznego. Tej definicji trudno już cokolwiek zarzucić, ponieważ to właśnie na heliopauzie wiatr słoneczny styka się z ośrodkiem międzygwiazdowym. Nawiasem mówiąc, choć miliardy ton na godzinę wydają się ilością całkiem pokaźną, dla Słońca jest to utrata wręcz niezauważalna: przy stałej intensywności wiatru znikłoby dopiero za sto bilionów lat.

Podobny do heliosfery pęcherz otacza każdą gwiazdę będącą źródłem wiatru. Wiatry gwiazdowe bywają nieporównanie silniejsze od słonecznego – osiągają prędkość kilku tysięcy kilometrów na sekundę i taką intensywność, że mogłyby rozdmuchać swoje gwiazdy w ciągu niespełna miliona lat. Niektóre z wytwarzanych przez nie pęcherzy do złudzenia przypominają duże bańki mydlane. Bodaj najbardziej malowniczym przykładem takiego obiektu jest pokazana na ilustracji obok Mgławica Bańka, którą wytworzyła widoczna w jej wnętrzu wielka gwiazda o masie 20–30 mas Słońca.

Kosmiczne matrioszki

Wróćmy jednak do heliosfery. Od 2008 r. działa zbudowany specjalnie do jej badania niezwykły satelita IBEX (Interstellar Boundary Explorer). Aby wyjaśnić, na czym polega jego niezwykłość, trzeba przypomnieć, że niemal wszystko, co wiemy o kosmosie, pochodzi z obserwacji promieniowania elektromagnetycznego (fal radiowych, mikrofal, podczerwieni, światła widzialnego itd. – aż do twardych promieni gamma). Ponieważ we wszystkich tych zakresach promieniowanie heliosfery jest praktycznie niewykrywalne, nośnik informacji zbieranych przez IBEX musi mieć zupełnie inną naturę. Są nim tzw. ENA (energetic neutral atoms), czyli szybkie (w naukowym żargonie „energetyczne”) atomy różnych pierwiastków. Satelita mierzy ich energie i rejestruje kierunki, z których przybywają. Po każdym okrążeniu Ziemi trochę zmienia swoją orientację przestrzenną, dzięki czemu jego detektory powoli skanują całe niebo. W ciągu sześciu miesięcy powstaje w ten sposób mapa źródeł ENA, po czym skanowanie rozpoczyna się od nowa. Opracowywaniem i interpretacją map zajmuje się międzynarodowy zespół naukowy misji IBEX, w którego skład wchodzi m.in. grupa astrofizyków z Centrum Badań Kosmicznych PAN (CBK).

Porównanie heliosfery do bańki mydlanej pozwala ją sobie wyobrazić, ale jest dużym uproszczeniem. W rzeczywistości jej budowa przywodzi na myśl chowane jedna w drugą rosyjskie matrioszki. Odpowiednikiem wewnętrznej, nieotwierającej się laleczki jest obszar swobodnego wiatru, w którym słoneczna materia porusza się praktycznie bez przeszkód. W miarę oddalania się od Słońca staje się ona coraz rzadsza, aż w końcu zaczyna odczuwać opór ośrodka międzygwiazdowego. W tym miejscu gwałtownie zwalnia i przechodzi do drugiej laleczki, nazywanej płaszczem lub otokiem. Zewnętrzną granicą płaszcza jest heliopauza, która oddziela go od trzeciej laleczki – obszaru wypełnionego rozepchanym przez wiatr słoneczny ośrodkiem międzygwiazdowym.

Ten i tak już dość zawiły obraz trzeba uzupełnić słonecznym i międzygwiazdowym polem magnetycznym, które można sobie wyobrażać jako wiązki elastycznych gumek. Naładowane elektrycznie cząstki wiatru i ośrodka międzygwiazdowego zachowują się tak, jakby były nanizanymi na te gumki koralikami: poruszając się, mogą je wyginać i rozciągać, ale nie mogą się od nich oderwać. Wskutek skomplikowanych oddziaływań, zachodzących głównie w pobliżu heliopauzy, niektóre z tych cząstek tracą ładunek, zamieniają się w ENA i „odczepiają” od pola magnetycznego. Uzyskawszy swobodę ruchów, już bez przeszkód uciekają w przestrzeń międzygwiazdową lub wnikają do heliosfery, gdzie mogą zostać zarejestrowane przez detektory IBEX.

W Obłoku Międzygwiazdowym

Wbrew pozorom badanie heliosfery nie jest zajęciem czysto akademickim. Ta niewidzialna otoczka Układu Słonecznego w znacznej mierze chroni nas przed docierającymi z głębi kosmosu cząstkami o wielkich energiach, które astrofizycy nazywają promieniowaniem kosmicznym. Gdyby nagle zniknęła, jego natężenie mogłoby wzrosnąć nawet kilkakrotnie, wpływając między innymi na poziom zachmurzenia ziemskiej atmosfery, a zatem i na ilość energii otrzymywanej przez naszą planetę od Słońca.

Czytaj także

Aktualności, komentarze

W nowej POLITYCE

Zobacz pełny spis treści »

Poleć stronę

Zamknij
Facebook Twitter Google+ Wykop Poleć Skomentuj

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną