Με τι Μοιάζει το Ηλιακό μας Σύστημα από το Διάστημα;
Της Αστροφυσικού Ελένης Χατζηχρήστου
Η Ηλιόσφαιρα είναι η περιοχή του διαστήματος γύρω από τον Ήλιο που είναι γεμάτη από ηλιακό πλάσμα, δηλαδή από τα ενεργητικά ηλεκτρικά φορτισμένα (ιονισμένα) σωματίδια του ηλιακού ανέμου ο οποίος συνεχώς εκπέμπεται από τον Ήλιο, και από το ενσωματωμένο ηλιακό μαγνητικό πεδίο (ηλιακή μαγνητόσφαιρα). Το ηλιακό πλάσμα αποτελείται κυρίως από πρωτόνια και ηλεκτρόνια και κατά ένα μικρότερο ποσοστό από ιόντα ηλίου και βαρύτερων στοιχείων και παρασύρει τις γραμμές του ηλιακού μαγνητικού πεδίου κατά την κατεύθυνση της κίνησής του.
Εικ. 1: Ο ηλιακός άνεμος καθώς εκτοξεύεται από το ηλιακό στέμμα. Η μέση ταχύτητα του λεγόμενου αργού ηλιακού ανέμου είναι της τάξης των 250-400 χλμ. το δευτερόλεπτο, αλλά ο ηλιακός άνεμος που διαφεύγει από τις λεγόμενες στεμματικές οπές μπορεί να φτάσει και τα 800 χλμ. το δευτε/ρόλεπτο (Credit: D. Intriligator & Italian Physical Society).
Καθώς ο ηλιακός άνεμος κινείται δια μέσω του διαπλανητικού χώρου και ξεπερνά κατά πολύ την τροχιά του μακρινού Πλούτωνα, αρχίζει να αλληλεπιδρά όλο και περισσότερο με το διαστρικό αέριο, οπότε δημιουργείται ένα κρουστικό κύμα και ο ηλιακός άνεμος μετατρέπεται από υπερηχητικός (μέχρι και 800 χλμ. το δευτερόλεπτο) σε υποηχητικό, δηλαδή μειώνεται κατά πολύ η ταχύτητα του (έως το πολύ 200 χλμ. το δευτερόλεπτο). Αυτό συμβαίνει στην περιοχή που ονομάζεται Τερματική Κρούση. Πιο έξω, εκεί όπου οι πιέσεις του ηλιακού και του διαστρικού ανέμου εξισώνονται έχουμε την Ηλιόπαυση.
Εικ. 2: Η Ηλιόσφαιρα περιβάλλει το ηλιακό μας σύστημα. Απεικονίζονται η τερματική κρούση και η Ηλιόοπαυση, καθώς συναντάει το διαστρικό χώρο (Credit: NASA/JPL).
Το ερώτημα ποιό είναι το σχήμα και η ακριβής έκταση της Ηλιόσφαιρας απασχολεί τους επιστήμονες εδώ και πολλές δεκαετίες. Η πιο διαδεδομένη άποψη είναι ότι πρόκειται για μια ασύμμετρη «φυσαλίδα» ηλιακού πλάσματος, που έχει μια κομητοειδή μορφή: Πιεσμένη κατά την κατεύθυνση κίνησης του ηλιακού συστήματος δια μέσου του διαστρικού διαστήματος, οπότε η Ηλιόπαυση και το Ηλιοσφαιρικό Κρουστικό Κύμα είναι πιο κοντά μας, ενώ αφήνει μια ουρά ενεργητικών φορτισμένων σωματίων πίσω της, οπότε η Ηλιόσφαιρα επιμηκύνεται, παίρνοντας μια χαρακτηριστική κομητοειδή μορφή. Η έκταση της ηλιόσφαιρας υπολογίζεται σε πολλές δεκάδες αστρονομικές μονάδες (AU), 1 AU είναι μονάδα μέτρησης αποστάσεων στο ηλιακό μας σύστημα, και ισούται με τη μέση απόσταση Γης-Ήλιου, δηλ. 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα περίπου. Η έκταση και η μορφή της ηλιόσφαιρας δεν παραμένουν σταθερά αλλά αλλάζουν με το χρόνο, ακολουθώντας τον ενδεκαετή ηλιακό κύκλο.
Εικ. 3: Η παραδοσιακή άποψη για το κομητοειδές σχήμα της Ηλιόσφαιρας (Credit: W.I. Axford, Space. Sci. Rev. 14,582, 1973).
Τα διαστημόπλοια Voyager 1 και 2 τριάντα χρόνια μετά την εκτόξευσή τους (1977) πλησιάζουν πλέον την Ηλιόπαυση. Το Voyager 1 πέρασε από την Τερματική Κρούση τον Δεκέμβριο 2004, σε απόσταση 94 AU, ενώ το Voyager 2 πέρασε την Τερματική Κρούση τον Αύγουστο του 2007, σε απόσταση 83.65 AU. Τα δύο διαστημόπλοια βρίσκονται σε διαμετρικά αντίθετες κατευθύνσεις, στα όρια του ηλιακού συστήματος, και αυτή τη στιγμή απέχουν 114 AU και 93 AU αντίστοιχα. Ο Έλληνικής καταγωγής διάσημος επιστήμονας Σταμάτιος Κριμιζής είναι υπεύθυνος, μεταξύ άλλων, του πειράματος LECP (Low Energy Charged Particle), ενός ανιχνευτή που μετρά το θερμό (>20 keV) ηλιακό πλάσμα και τα φορτισμένα σωματίδια των περιοχών απ’ όπου περνούν τα διαστημόπλοια Voyager. Οι ανιχνευτές LECP εδώ και 30 χρόνια καταγράφουν το ηλιακό πλάσμα και καταμετρούν τα ενεργητικά σωματίδια της Ηλιόσφαιρας, και θα συνεχίσουν να στέλνουν πολύτιμες πληροφορίες για τουλάχιστον μία ακόμη δεκαετία έχοντας ήδη διαφύγει από τα όρια του ηλιακού μας συστήματος, κινούμενα με ταχύτητες της τάξης των 17 χλμ. το δευτερόλεπτο. Εκτιμάται ότι το Voyager 1 θα φθάσει στον ΑC+793888 του αστερισμού της Καμηλοπάρδαλης σε περίπου 40.000 χρόνια, ενώ το Voyager θα φθάσει στον Σείριο σε περίπου 296.000 χρόνια.
Εικ. 4: Ένα από τα διαστημόπλοια Voyager (Credit: NASA/JPL).
Η έκπληξη έγινε από ένα ακόμη ιστορικό διαστημόπλοιο, το Cassini, που μελετάει κυρίως τον πλανήτη Κρόνο και τους δορυφόρους του. Τα όργανα του Cassini πρόσφατα κατάφεραν να χαρτογραφήσουν τα όρια της Ηλιόσφαιρας, με τη βοήθεια της ανίχνευσης εξαιρετικά ενεργητικών πρωτονίων. Ανακάλυψαν ότι, αντίθετα απ’ ότι μέχρι τώρα πιστευόταν, το σχήμα της είναι μάλλον σφαιρικό παρά κομητοειδές, καθώς επηρεάζεται σημαντικά από την αλληλεπίδραση με το μαγνητικό πεδίο του διαστρικού χώρου. Αυτή η ανακάλυψη αναμένεται να έχει εξαιρετικά σημαντικές συνέπειες στην μελέτη του ηλιακού μας συστήματος και δείχνει ότι παρά τις λεπτομερείς θεωρίες και μοντέλα των επιστημόνων πραγματικά μας είναι άγνωστο τι ακόμη θα ανακαλύψουν οι ανθρώπινες διαστημοσυσκευές, οι οποίες πριν μισό και πλέον αιώνα ξέφυγαν από τα όρια του πλανήτη μας και σε λίγο θα έχουν ξεφύγει οριστικά και από τα όρια του ίδιου του ηλιακού μας συστήματος.
Εικ. 5: Η νέα εικόνα που έχουν οι επιστήμονες για την Ηλιόσφαιρα, μετά τα πρόσφατα δεδομένα του διαστημοπλοίου Cassini (Credit: T. Krimigis et al., Science 326,971, 2009).
Της Αστροφυσικού Ελένης Χατζηχρήστου
Η Ηλιόσφαιρα είναι η περιοχή του διαστήματος γύρω από τον Ήλιο που είναι γεμάτη από ηλιακό πλάσμα, δηλαδή από τα ενεργητικά ηλεκτρικά φορτισμένα (ιονισμένα) σωματίδια του ηλιακού ανέμου ο οποίος συνεχώς εκπέμπεται από τον Ήλιο, και από το ενσωματωμένο ηλιακό μαγνητικό πεδίο (ηλιακή μαγνητόσφαιρα). Το ηλιακό πλάσμα αποτελείται κυρίως από πρωτόνια και ηλεκτρόνια και κατά ένα μικρότερο ποσοστό από ιόντα ηλίου και βαρύτερων στοιχείων και παρασύρει τις γραμμές του ηλιακού μαγνητικού πεδίου κατά την κατεύθυνση της κίνησής του.
Εικ. 1: Ο ηλιακός άνεμος καθώς εκτοξεύεται από το ηλιακό στέμμα. Η μέση ταχύτητα του λεγόμενου αργού ηλιακού ανέμου είναι της τάξης των 250-400 χλμ. το δευτερόλεπτο, αλλά ο ηλιακός άνεμος που διαφεύγει από τις λεγόμενες στεμματικές οπές μπορεί να φτάσει και τα 800 χλμ. το δευτε/ρόλεπτο (Credit: D. Intriligator & Italian Physical Society).
Καθώς ο ηλιακός άνεμος κινείται δια μέσω του διαπλανητικού χώρου και ξεπερνά κατά πολύ την τροχιά του μακρινού Πλούτωνα, αρχίζει να αλληλεπιδρά όλο και περισσότερο με το διαστρικό αέριο, οπότε δημιουργείται ένα κρουστικό κύμα και ο ηλιακός άνεμος μετατρέπεται από υπερηχητικός (μέχρι και 800 χλμ. το δευτερόλεπτο) σε υποηχητικό, δηλαδή μειώνεται κατά πολύ η ταχύτητα του (έως το πολύ 200 χλμ. το δευτερόλεπτο). Αυτό συμβαίνει στην περιοχή που ονομάζεται Τερματική Κρούση. Πιο έξω, εκεί όπου οι πιέσεις του ηλιακού και του διαστρικού ανέμου εξισώνονται έχουμε την Ηλιόπαυση.
Εικ. 2: Η Ηλιόσφαιρα περιβάλλει το ηλιακό μας σύστημα. Απεικονίζονται η τερματική κρούση και η Ηλιόοπαυση, καθώς συναντάει το διαστρικό χώρο (Credit: NASA/JPL).
Το ερώτημα ποιό είναι το σχήμα και η ακριβής έκταση της Ηλιόσφαιρας απασχολεί τους επιστήμονες εδώ και πολλές δεκαετίες. Η πιο διαδεδομένη άποψη είναι ότι πρόκειται για μια ασύμμετρη «φυσαλίδα» ηλιακού πλάσματος, που έχει μια κομητοειδή μορφή: Πιεσμένη κατά την κατεύθυνση κίνησης του ηλιακού συστήματος δια μέσου του διαστρικού διαστήματος, οπότε η Ηλιόπαυση και το Ηλιοσφαιρικό Κρουστικό Κύμα είναι πιο κοντά μας, ενώ αφήνει μια ουρά ενεργητικών φορτισμένων σωματίων πίσω της, οπότε η Ηλιόσφαιρα επιμηκύνεται, παίρνοντας μια χαρακτηριστική κομητοειδή μορφή. Η έκταση της ηλιόσφαιρας υπολογίζεται σε πολλές δεκάδες αστρονομικές μονάδες (AU), 1 AU είναι μονάδα μέτρησης αποστάσεων στο ηλιακό μας σύστημα, και ισούται με τη μέση απόσταση Γης-Ήλιου, δηλ. 150 εκατομμύρια χιλιόμετρα περίπου. Η έκταση και η μορφή της ηλιόσφαιρας δεν παραμένουν σταθερά αλλά αλλάζουν με το χρόνο, ακολουθώντας τον ενδεκαετή ηλιακό κύκλο.
Εικ. 3: Η παραδοσιακή άποψη για το κομητοειδές σχήμα της Ηλιόσφαιρας (Credit: W.I. Axford, Space. Sci. Rev. 14,582, 1973).
Τα διαστημόπλοια Voyager 1 και 2 τριάντα χρόνια μετά την εκτόξευσή τους (1977) πλησιάζουν πλέον την Ηλιόπαυση. Το Voyager 1 πέρασε από την Τερματική Κρούση τον Δεκέμβριο 2004, σε απόσταση 94 AU, ενώ το Voyager 2 πέρασε την Τερματική Κρούση τον Αύγουστο του 2007, σε απόσταση 83.65 AU. Τα δύο διαστημόπλοια βρίσκονται σε διαμετρικά αντίθετες κατευθύνσεις, στα όρια του ηλιακού συστήματος, και αυτή τη στιγμή απέχουν 114 AU και 93 AU αντίστοιχα. Ο Έλληνικής καταγωγής διάσημος επιστήμονας Σταμάτιος Κριμιζής είναι υπεύθυνος, μεταξύ άλλων, του πειράματος LECP (Low Energy Charged Particle), ενός ανιχνευτή που μετρά το θερμό (>20 keV) ηλιακό πλάσμα και τα φορτισμένα σωματίδια των περιοχών απ’ όπου περνούν τα διαστημόπλοια Voyager. Οι ανιχνευτές LECP εδώ και 30 χρόνια καταγράφουν το ηλιακό πλάσμα και καταμετρούν τα ενεργητικά σωματίδια της Ηλιόσφαιρας, και θα συνεχίσουν να στέλνουν πολύτιμες πληροφορίες για τουλάχιστον μία ακόμη δεκαετία έχοντας ήδη διαφύγει από τα όρια του ηλιακού μας συστήματος, κινούμενα με ταχύτητες της τάξης των 17 χλμ. το δευτερόλεπτο. Εκτιμάται ότι το Voyager 1 θα φθάσει στον ΑC+793888 του αστερισμού της Καμηλοπάρδαλης σε περίπου 40.000 χρόνια, ενώ το Voyager θα φθάσει στον Σείριο σε περίπου 296.000 χρόνια.
Εικ. 4: Ένα από τα διαστημόπλοια Voyager (Credit: NASA/JPL).
Η έκπληξη έγινε από ένα ακόμη ιστορικό διαστημόπλοιο, το Cassini, που μελετάει κυρίως τον πλανήτη Κρόνο και τους δορυφόρους του. Τα όργανα του Cassini πρόσφατα κατάφεραν να χαρτογραφήσουν τα όρια της Ηλιόσφαιρας, με τη βοήθεια της ανίχνευσης εξαιρετικά ενεργητικών πρωτονίων. Ανακάλυψαν ότι, αντίθετα απ’ ότι μέχρι τώρα πιστευόταν, το σχήμα της είναι μάλλον σφαιρικό παρά κομητοειδές, καθώς επηρεάζεται σημαντικά από την αλληλεπίδραση με το μαγνητικό πεδίο του διαστρικού χώρου. Αυτή η ανακάλυψη αναμένεται να έχει εξαιρετικά σημαντικές συνέπειες στην μελέτη του ηλιακού μας συστήματος και δείχνει ότι παρά τις λεπτομερείς θεωρίες και μοντέλα των επιστημόνων πραγματικά μας είναι άγνωστο τι ακόμη θα ανακαλύψουν οι ανθρώπινες διαστημοσυσκευές, οι οποίες πριν μισό και πλέον αιώνα ξέφυγαν από τα όρια του πλανήτη μας και σε λίγο θα έχουν ξεφύγει οριστικά και από τα όρια του ίδιου του ηλιακού μας συστήματος.
Εικ. 5: Η νέα εικόνα που έχουν οι επιστήμονες για την Ηλιόσφαιρα, μετά τα πρόσφατα δεδομένα του διαστημοπλοίου Cassini (Credit: T. Krimigis et al., Science 326,971, 2009).
