شاید سپر مغناطسی خورشید ساختاری حبابی داشته باشد نه دنباله‌دارگونه

داده‌های تازه‌ی فضاپیمای کاسینی ناسا، به همراه داده‌های دو فضاپیمای وویجر و نیز کاوشگر مرز میان‌ستاره‌ای ناسا (آیبکس، IBEX) نشان می‌دهد که خورشید و سیار‌هایش با یک سامانه‌ی غول‌آسا و کروی از میدان مغناطیسی خورشید در بر گرفته شده‌اند- چیزی که دیدگاه کنونی از میدان‌های مغناطیسی خورشید که می‌گوید این میدان‌ها پشت خورشید کشیده شده و چیزی مانند دم یک دنباله‌دار درست کرده‌اند را به چالش می‌کشد.

خورشید همواره جریانی پیوسته از مواد مغناطیسی به نام باد خورشیدی به بیرون می‌دمد که فضای درونی سامانه‌ی خورشیدی را پر کرده و تا آن سوی مدار نپتون هم می‌رسد. این باد خورشیدی یک حباب به پهنای حدود ۲۳ میلیارد کیلومتر ساخته که به نام هورسپهر (هلیوسفر) شناخته می‌شود. کل سامانه‌ی خورشیدی، از جمله خود هورسپهر، در دل فضای میان‌ستاره‌ای به پیش می‌روند. برداشت رایج از هورسپهر این بوده که ساختاری دنباله‌دارگونه دارد، با سری گِرد و دُمی بلند. ولی داده‌های تازه که یک چرخه‌ی ۱۱ ساله‌ی کامل خورشید را در بر دارند چیز دیگری را نشان می‌دهند. بر پایه‌ی این داده‌ها، شاید هورسپهر در هر دو سمتش گِرد باشد، به گونه‌ای که ساختاری تقریبا کروی پدید آورده است. پژوهشنامه‌ای درین باره در روز ۲۴ آوریل ۲۰۱۷ در نشریه‌ی نیچر آسترونومی منتشر شده است.

داده‌های تازه به دست آمده از فضاپیماهای وویجر، کاسینی و کاوشگر مرز میان ستاره‌ای نشان می‌دهند که هورسپهر (قلمروی مغناطیسی خورشید که سامانه‌ی خورشیدی را در میان گرفته) شاید بسیار متقارن‌تر از چیزی باشد که گمان می‌رفت. عکس سمت چپ مدل کروی هورسپهر را نشان می‌دهد که بر پایه‌ی تازه‌ترین داده‌ها درست شده، ولی تصویر سمت راست مدل پیشین که دُم کشیده‌ای داشت را نمایش می‌دهد. تفاوت اصلی در دم بلند هورسپهر است که از یک سمت آن به بیرون کشیده شده و در مدل تازه وجود ندارد. این دم در مدل قدیمی به رنگ آبی نشان داده شده. این تصویر در اندازه‌ی بزرگ‌تر

کستاس دیالیانس، دانشمند فضا در آکادمی آتن یونان و نویسنده‌ی اصلی پژوهش می‌گوید: «دلیل این که هورسپهر ساختاری کروی دارد نه دنباله‌دارگونه، نیرومند بودن میدان مغناطیسی میان‌ستاره‌ای (بسیار نیرومندتر از چیزی که در گذشته پیش‌بینی شده بود)، و همچنین این واقعیت که نسبت میان فشار ذرات و فشار مغناطیسی درون هورنیام (غلاف خورشیدی- heliosheath) بالاست.»

یکی از دستگاه‌های فضاپیمای کاسینی -که بیش از یک دهه است در سامانه‌ی کیوان به سر می‌برد- سرنخ‌های مهم و تازه‌ای درباره‌ی شکل سمت پشتی هورسپهر را در بر دارد؛ این سمت را اغلب به نام هوردُم (heliotail) می‌شناسند. هنگامی که ذرات باردار از بخش درونی سامانه‌ی خورشیدی به مرز هورسپهر می‌رسند، گاهی دستخوش رشته‌ای از دادوستَدهای بار با اتم‌های خنثای گاز درون محیط میان‌ستاره‌ای می‌شوند، یعنی به هنگام پیشروی در این منطقه‌ی مرزی گسترده‌، با برخورد به اتم‌های خنثای منطقه، الکترون می‌دهند و دوباره می‌گیرند. برخی از این ذرات به شکل اتم‌های خنثای پرسرعت دوباره به درون سامانه‌ی خورشیدی پرتاب می‌شوند که کاسینی توانسته آنها را اندازه بگیرد.

تام کریمیگیس، یکی از سرپرستان ابزارها در ماموریت‌های وویجر و کاسینی ناسا در آزمایشگاه فیزیک کاربردی دانشگاه جانز هاپکینز در لورل مریلند و یکی از نویسندگان این پژوهش، می‌گوید: «دستگاه کاسینی برای تصویربرداری از یون‌هایی ساخته شده بود که در مغناطکره‌ی کیوان به دام می‌افتند. ما هرگز فکر نمی‌کردیم که آنچه اکنون می‌بینیم را ببینیم و بتوانیم مرزهای هورسپهر را به تصویر بکشیم.»

از آنجا که سرعت این ذرات کسر کوچکی از سرعت نور است، سفرشان از خورشید به لبه‌ی هورسپهر و بازگشتِ دوباره چند سال زمان می‌برد. بنابراین هنگامی که شمار ذرات خورشید تغییر می‌کند (معمولا به دلیل چرخه‌ی ۱۱ ساله‌ی فعالیت آن)، چند سال طول می‌کشد تا این تغییر، خود را در شمار اتم‌های خنثایی که به درون سامانه‌ی خورشیدی پرتاب شده‌اند نشان دهد.

سنجش‌های تازه‌ کاسینی از این اتم‌های خنثا چیزی نامنتظره را نشان می‌دهد: ذراتی که از دم هورسپهر می‌آیند و ذراتی که از نوک آن می‌آیند، تغییرات چرخه‌ی خورشید را تقریبا درست همزمان نشان می‌دهند.

کریمیگیس می‌گوید: «اگر "دم" هورسپهرمانند دم یک دنباله‌دار پشت سرش کشیده شده باشد، چشمداشت ما اینست که الگوی تغییرات چرخه‌ی خورشید بسیار دیرتر در اتم‌های خنثایی که از آن می‌آیند دیده شود [در واقع اگر یک سمت هورسپهر کشیده شده و "دورتر" باشد، اتم‌های خنثایی که از آن برمی‌گردند باید دیرتر برسند-م]»

بسیاری از ستارگان دیگر هم دنباله‌هایی مانند دم دنباله‌دار پشت سرشان دارند. که از آن بر می‌آید که سامانه ی خورشیدی خودمان هم باید چنین چیزی داشته باشد. ولی داده‌های تازه‌ی فضاپیماهای وویجر، کاسینی، و آیبکس ناسا نشان می‌دهند که سمت پشتی هورسپهر ما به نظر نمی‌رسد کشیده و دم-مانند باشد. ستارگانی که در این تصویر نشان داده شده‌اند از چپ، در جهت پادساعتگرد عبارتند از ال‌ال شکارچی، بی‌زی زرافه، و میرا (شگفت‌اختر). این تصویر در اندازه‌ی بزرگ‌تر

ولی از آنجا که اتم‌هایی که از دو سو می‌آیند الگوهای فعالیت خورشیدی را با یک سرعت نشان می‌دهند، نتیجه می‌گیریم که فاصله‌ی دم هورسپهر و نوک آن از ما تقریبا به یک اندازه است. این بدان معنیست که دم بلند و دنباله‌دارگونه‌ای که دانشمندان پیش‌بینی کرده بودند می‌تواند اصلا وجود نداشته باشد- در عوض، هورسپهر شاید تقریبا کروی و متقارن باشد.

آمیزه‌ای از چندین عامل بر کروی بودن هورسپهر گواهی می‌دهند. داده‌های وویجر ۱ نشان می‌دهد که میدان مغناطیسی میان‌ستاره‌ای بیرون از هورسپهر نیرومندتر از چیزیست که در گذشته پنداشته شده بود، یعنی می‌تواند در لبه‌ی هورسپهر با باد خورشیدی برهم‌کنش انجام داده و دم هورسپهر را کوچک کند.

ساختار هورسپهر نقش بزرگی در چگونگیِ رسیدن ذرات پرتوهای کیهانی از فضای میان‌ستاره‌ای به درون سامانه‌ی خورشیدی -جایی که زمین و دیگر سیاره‌ها هستند- بازی می‌کند.

آریک پوزنر، دانشمند برنامه‌های وویجر و آیبکس در مرکز فرماندهی ناسا در واشنگتن، دی‌سی، که در این پژوهش شرکت نداشت می‌گوید: «این داده‌های وویجر ۱ و ۲، کاسینی و آیبکس گنجی بادآورد برای دانشمندان جهت بررسی باد خورشیدی در دورترین بُردش است. ما همچنان به گردآوری داده‌ از لبه‌های هورسپهر ادامه می‌دهیم، و این داده‌ها به ما در بهتر شناختن مرز فضای میان‌ستاره‌ای که به نگاهبانی از محیط زمین در برابر پرتوهای زیانبار کیهانی کمک می‌کند یاری خواهند رساند.»

--------------------------------------------

کانال تلگرام یک ستاره در هفت آسمان:

telegram.me/onestar_in_sevenskies

واژه نامه:

NASA - Cassini - Voyager - Interstellar Boundary Explorer - IBEX - sun - planet - magnetic field - comet tail - solar wind - solar system - Neptune - heliosphere - solar cycle - Nature Astronomy - heliosheath - Kostas Dialynas - Academy of Athens - Greece - Saturn - heliotail - atom - electron - ion - magnetosphere - Tom Krimigis - Johns Hopkins University - Applied Physics Laboratory - Laurel - Maryland - neutral atom - cosmic ray - Earth - Arik Posner - NASA Headquarters - Washington D.C. - star - LLOrionis - BZ Cam - Mira

منبع: nasa

برگردان: یک ستاره در هفت آسمان