Polscy naukowcy odkryli, w którym obłoku błąka się Układ Słoneczny

Słońce w swej podróży przez Galaktykę przechodzi od czasu do czasu przez obłoki materii międzygwiazdowej. Wiatr słoneczny tworzy wtedy w lokalnym obłoku wielki, wydłużony bąbel – heliosferę. Wysłana przez NASA sonda IBEX od trzech lat rejestruje atomy z obłoku międzygwiazdowego napływające do wnętrza heliosfery. Najnowsze obserwacje strumienia helu zmuszają nas do istotnej zmiany wyobrażeń o kształcie heliosfery, procesach zachodzących na jej styku z lokalnym obłokiem międzygwiazdowym, jak i o samym obłoku - mówi dr hab. Maciej Bzowski, kierownik grupy z CBK PAN, która uczestniczy w pracach zespołu sondy IBEX.

Gdy obojętne atomy z obłoku międzygwiazdowego trafiają w okolice Słońca, mogą ulec jonizacji poprzez oddziaływanie z fotonami emitowanymi przez naszą gwiazdę. Jako jony zaczynają odczuwać obecność pola magnetycznego w wietrze słonecznym i są przezeń wynoszone z powrotem do obłoku lokalnego. Fotojonizacja powoduje, że mierzony przez nas strumień atomów jest słabszy od pierwotnego. Wiemy także, że wolne atomy mają większą szansę na jonizację. Zatem w okolicach Ziemi proporcje między atomami wolnymi a szybkimi także będą zaburzone - wyjaśnia Bzowski.

W CBK PAN starannie przebadano zmiany tempa fotojonizacji w ostatnich kilkudziesięciu latach. To pozwala oszacować wielkość zaburzeń w pierwotnym strumieniu atomów. Modele fotojonizacji zbudowaliśmy dzięki pomiarom promieniowania ultrafioletowego Słońca zgromadzonym przez wiele sond kosmicznych. Najwcześniejsze dane pochodzą z lat 60. ubiegłego wieku - mówi doktorantka Justyna Sokół z CBK PAN. Obróbka danych wymagała precyzyjnego uwzględnienia różnych charakterystyk i metod kalibracji wielu instrumentów.

Konstruktorzy sondy wskutek ograniczeń finansowych musieli zrezygnować z urządzeń zapewniających precyzyjny pomiar orientacji osi wirowania satelity. W CBK PAN powstał program symulacyjny, który pozwolił wyznaczyć kierunek osi obrotu sondy na podstawie analizy czasów przechodzenia jasnych gwiazd przez nierównoległe szczeliny jednego z urządzeń nawigacyjnych. Jak podkreśla dr inż. Marek Hłond, dokładna informacja o orientacji instrumentów w chwili dokonania pomiaru ma kluczowe znaczenie.

Naukowcy z CBK PAN analizowali dane z instrumentu IBEX-Lo, dotyczące atomów helu o niskiej energii. Pojawienie się sygnału pochodzącego od helu przewidywano na określony dzień w roku. W rzeczywistości sygnał wystąpił wyraźnie wcześniej. Odkryliśmy, że odpowiedzialność za inny rozkład neutralnego helu na orbicie Ziemi ponoszą międzygwiazdowe jony helu. Gdy na granicy heliosfery atom helu spotyka się z jonem helu, może przekazać mu elektron. Zjonizowany hel staje się wtedy znów neutralny, ale jego ruch jest inny i dlatego przylatuje do nas w innym miejscu ziemskiej orbity - opisuje Bzowski.

Z pomocą symulacji numerycznych wyznaczono kierunek i szybkość napływu atomów helu międzygwiazdowego do Układu Słonecznego. Wyniki okazały się różne od dotychczas przyjmowanych o cztery stopnie i cztery kilometry na sekundę. Jak podkreśla doktorantka Marzena Kubiak z CBK PAN, dane te pokazują, w którym z dwóch najbliższych obłoków materii międzygwiazdowej Słońce naprawdę jest zanurzone.

W 2009 roku dane z instrumentu IBEX-Hi ujawniły obecność na niebie Wstęgi – gigantycznej struktury w kształcie łuku utworzonego przez strumienie atomów neutralnych. Hipotezy tłumaczące istnienie Wstęgi odwoływały się dotychczas do zjawisk związanych z polem magnetycznym na granicy heliosfery lub w jej pobliżu. Uwiarygodniał je fakt, że kierunek zewnętrznego pola magnetycznego zdawał się wskazywać na środek Wstęgi. Obecne wyniki wzmacniają inną hipotezę, zaproponowaną przez prof. dr. hab. Stanisława Grzędzielskiego z CBK PAN. Zgodnie z nią, energetyczne atomy neutralne tworzące Wstęgę powstają poza heliosferą, a Wstęga jest efektem geometrycznym wynikającym z położenia Układu Słonecznego w pobliżu granicy obłoku lokalnego i hipotetycznego gorącego obłoku międzygwiazdowego.

Na podstawie informacji prasowej Centrum Badań Kosmicznych PAN w Warszawie.