Un modèle mis à jour suggère la forme de la bulle d'influence du Soleil, l'héliosphère (vue en jaune), peut être une forme de croissant dégonflé, plutôt que la forme de comète à longue queue suggérée par d'autres recherches. Crédit :Opher, et al.
Les scientifiques ont développé une nouvelle prédiction de la forme de la bulle entourant notre système solaire en utilisant un modèle développé avec les données des missions de la NASA.
Toutes les planètes de notre système solaire sont enfermées dans une bulle magnétique, creusé dans l'espace par la matière qui s'écoule constamment du Soleil, le vent solaire. À l'extérieur de cette bulle se trouve le milieu interstellaire, le gaz ionisé et le champ magnétique qui remplissent l'espace entre les systèmes stellaires de notre galaxie. Une question à laquelle les scientifiques tentent de répondre depuis des années concerne la forme de cette bulle, qui voyage dans l'espace alors que notre Soleil tourne autour du centre de notre galaxie. Traditionnellement, les scientifiques ont pensé à l'héliosphère comme une forme de comète, avec un bord d'attaque arrondi, appelé le nez, et une longue queue derrière.
Recherche publiée dans Astronomie de la nature en mars et présenté sur la couverture du journal de juillet offre une forme alternative qui n'a pas cette longue queue :le croissant dégonflé.
La forme de l'héliosphère est difficile à mesurer de l'intérieur. Le bord le plus proche de l'héliosphère est à plus de dix milliards de kilomètres de la Terre. Seuls les deux vaisseaux spatiaux Voyager ont mesuré directement cette région, nous laissant avec seulement deux points de données de vérité au sol sur la forme de l'héliosphère.
Certaines recherches suggèrent que l'héliosphère a une longue queue, un peu comme une comète, bien qu'un nouveau modèle pointe vers une forme qui n'a pas cette longue queue. Crédit :Studio de visualisation scientifique/Laboratoire d'imagerie conceptuelle de la NASA
De près de la Terre, nous étudions notre frontière avec l'espace interstellaire en capturant et en observant les particules volant vers la Terre. Cela inclut les particules chargées provenant de parties éloignées de la galaxie, appelés rayons cosmiques galactiques, avec ceux qui étaient déjà dans notre système solaire, voyager vers l'héliopause, et sont renvoyés vers la Terre par une série complexe de processus électromagnétiques. On les appelle des atomes neutres énergétiques, et parce qu'ils sont créés en interagissant avec le milieu interstellaire, ils agissent comme un proxy utile pour cartographier le bord de l'héliosphère. C'est ainsi que l'explorateur de frontières interstellaires de la NASA, ou IBEX, mission étudie l'héliosphère, en utilisant ces particules comme une sorte de radar, tracer la frontière de notre système solaire à l'espace interstellaire.
Pour donner un sens à ces données complexes, les scientifiques utilisent des modèles informatiques pour transformer ces données en une prédiction des caractéristiques de l'héliosphère. Merav Opher, auteur principal de la nouvelle recherche, dirige un centre scientifique DRIVE financé par la NASA et la NSF à l'Université de Boston et se concentre sur le défi.
Cette dernière itération du modèle d'Opher utilise les données des missions scientifiques planétaires de la NASA pour caractériser le comportement du matériau dans l'espace qui remplit la bulle de l'héliosphère et obtenir une autre perspective sur ses frontières. La mission Cassini de la NASA emportait un instrument, conçu pour étudier les particules piégées dans le champ magnétique de Saturne, qui a également fait des observations de particules rebondissant vers le système solaire interne. Ces mesures sont similaires à celles d'IBEX, mais offrent une perspective distincte sur la limite de l'héliosphère.
Pour comprendre l'habitabilité potentielle des exoplanètes, cela peut aider les scientifiques à savoir si notre héliosphère ressemble plus à l'astrosphère relativement raccourcie de BZ Cam (à gauche), la longue astrosphère de Mira (à droite), ou a une forme entièrement différente. Crédit :NASA/Casalegno/GALEX
En outre, La mission New Horizons de la NASA a fourni des mesures d'ions de captage, particules qui sont ionisées dans l'espace et sont captées et se déplacent avec le vent solaire. En raison de leurs origines distinctes des particules de vent solaire sortant du Soleil, Les ions de captage sont beaucoup plus chauds que les autres particules du vent solaire - et c'est de ce fait que repose le travail d'Opher.
"Il y a deux fluides mélangés. Vous avez un composant qui est très froid et un composant qui est beaucoup plus chaud, les ions de captage, " dit Opher, professeur d'astronomie à l'université de Boston. "Si vous avez du liquide froid et du liquide chaud, et tu les mets dans l'espace, ils ne se mélangeront pas, ils évolueront principalement séparément. Ce que nous avons fait, c'est séparer ces deux composants du vent solaire et modéliser la forme 3D résultante de l'héliosphère."
En considérant séparément les composants du vent solaire, combiné avec les travaux antérieurs d'Opher utilisant le champ magnétique solaire comme force dominante dans la formation de l'héliosphère, créé une forme de croissant dégonflé, avec deux jets s'éloignant de la partie bulbeuse centrale de l'héliosphère, et manquant notamment de la longue traîne prédite par de nombreux scientifiques.
"Parce que les ions de captage dominent la thermodynamique, tout est très sphérique. Mais parce qu'ils quittent le système très rapidement au-delà du choc de terminaison, toute l'héliosphère se dégonfle, " dit Opher.
Un modèle mis à jour suggère la forme de la bulle d'influence du Soleil, l'héliosphère (vue en jaune), peut être une forme de croissant dégonflé, plutôt que la forme de comète à longue queue suggérée par d'autres recherches. Crédit :Opher, et al.
La forme de notre bouclier
La forme de l'héliosphère est plus qu'une question de curiosité académique :l'héliosphère sert de bouclier à notre système solaire contre le reste de la galaxie.
Événements énergétiques dans d'autres systèmes stellaires, comme la supernova, peut accélérer les particules à presque la vitesse de la lumière. Ces particules fusent dans toutes les directions, y compris dans notre système solaire. Mais l'héliosphère agit comme un bouclier :elle absorbe environ les trois quarts de ces particules extrêmement énergétiques, appelés rayons cosmiques galactiques, qui feraient leur chemin dans notre système solaire.
Ceux qui réussissent peuvent faire des ravages. Nous sommes protégés sur Terre par le champ magnétique et l'atmosphère de notre planète, mais la technologie et les astronautes dans l'espace ou sur d'autres mondes sont exposés. L'électronique et les cellules humaines peuvent être endommagées par les effets des rayons cosmiques galactiques - et parce que les rayons cosmiques galactiques transportent tellement d'énergie, ils sont difficiles à bloquer d'une manière pratique pour les voyages dans l'espace. L'héliosphère est la principale défense des astronautes contre les rayons cosmiques galactiques, Par conséquent, comprendre sa forme et comment cela influence le taux de rayons cosmiques galactiques projetant notre système solaire est une considération clé pour la planification de l'exploration spatiale robotique et humaine.
Certaines recherches suggèrent que l'héliosphère a une longue queue, un peu comme une comète, bien qu'un nouveau modèle pointe vers une forme qui n'a pas cette longue queue. Crédit :Studio de visualisation scientifique/Laboratoire d'imagerie conceptuelle de la NASA
Pour comprendre l'habitabilité potentielle des exoplanètes, cela peut aider les scientifiques à savoir si notre héliosphère ressemble plus à l'astrosphère relativement raccourcie de BZ Cam (à gauche), la longue astrosphère de Mira (à droite), ou a une forme entièrement différente. Crédit :NASA/Casalegno/GALEX
La forme de l'héliosphère fait également partie du puzzle pour rechercher la vie sur d'autres mondes. Le rayonnement nocif des rayons cosmiques galactiques peut rendre un monde inhabitable, un destin évité dans notre système solaire en raison de notre puissant bouclier céleste. À mesure que nous en apprenons davantage sur la façon dont notre héliosphère protège notre système solaire – et comment cette protection a pu changer au cours de l'histoire du système solaire – nous pouvons rechercher d'autres systèmes stellaires qui pourraient avoir une protection similaire. Et une partie de cela est la forme :nos sosies héliosphériques sont-elles des formes de comètes à longue queue, croissants dégonflés, ou tout autre chose ?
Quelle que soit la vraie forme de l'héliosphère, une prochaine mission de la NASA sera une aubaine pour élucider ces questions :la sonde de cartographie et d'accélération interstellaire, ou IMAP.
IMAP, lancement prévu en 2024, cartographiera les particules refluant vers la Terre depuis les limites de l'héliosphère. IMAP s'appuiera sur les techniques et les découvertes de la mission IBEX pour jeter un nouvel éclairage sur la nature de l'héliosphère, espace interstellaire, et comment les rayons cosmiques galactiques pénètrent dans notre système solaire.
Le DRIVE Science Center d'Opher vise à créer un modèle testable de l'héliosphère à temps pour le lancement d'IMAP. Leurs prédictions de la forme et d'autres caractéristiques de l'héliosphère - et comment cela se refléterait dans les particules revenant de la frontière - fourniraient une base de référence pour les scientifiques à comparer avec les données de l'IMAP.
