Fényes gyűrű a Naprendszer körül

Hatalmas, szalag alakú tartományt azonosítottak a Naprendszer peremvidékén. A különös képződmény a Napból kiáramló napszél és a csillagközi anyagot átszövő mágneses tér kölcsönhatásától keletkezik. A nem várt és előre nem jelzett alakzat arra utal, hogy a csillagközi anyag erősebb hatással van a Naprendszerre, mint eddig feltételezték.

A megfigyeléseket készítő IBEX-műhold (ábra, NASA)

Naprendszerünk határa kevéssé ismert térség. Az 1970-es években indult Voyager-űrszondák már arrafelé járnak, és az elmúlt években több szokatlan jelenséget is megfigyeltek. Október 15-én az ugyanezt a térséget vizsgáló űreszköz, az IBEX-műhold első adatait hozták nyilvánosságra. Az eredmények alapján egy kiterjedt sugárforrás azonosítható a határvidéken, amelyhez hasonlót még nem figyeltek meg.

Hol van a pontos határ?

A Naprendszer peremét ugyanúgy nehéz meghúzni, mint például a légkör felső határát. Ha a Nap és a környezetében lévő csillagok gravitációs hatását vizsgáljuk, a Naprendszerhez tartozónak tekinthető az az égitest, amelyet csillagunk vonz a legerősebben. Ennek megfelelően kijelölhető egy határfelület, amelynek alakja és helyzete lassan változik, de általában közel két fényévre húzódik a Naptól (egy fényév az a távolság, amelyet a fény egy év alatt megtesz; a Föld nyolc fénypercre, a Plútó körülbelül 6 fényórára van a Naptól).

Egy másik megközelítés szerint az égitestek közötti teret kitöltő anyag jellemzői alapjánhúzható meg a határ. Ez alapján elkülöníthető a Naprendszeren belüli, azaz bolygóközi és a csillagok közötti, azaz csillagközi tér. A kettő határa a Naphoz sokkal közelebb húzódik, mint a fent leírt gravitációs határvonal: a Naptól 80 és 100 csillagászati egység (CSE: átlagos Föld-Nap távolság) között, azaz mintegy 0,001 fényévre található. Helyzete és alakja változik, jellemzőit a Napból kifelé áramló napszél és a csillagközi teret kitöltő csillagközi anyag ütközése határozza meg.

A Naprendszer határát meghúzandó, harmadik megközelítésként azon objektumok elterjedését is vizsgálhatjuk, amelyek 4,6 milliárd évvel ezelőtt, a Nappal együtt keletkeztek. Ezek többsége ma is csillagunk körül kering, azonban sok apró kisbolygó és üstökösmag végleg elhagyta a rendszert - ma már a csillagközi tér távoli részeiben kóborolnak.

A Naprendszerhez tartozó és a napszél által uralt zónát helioszférának, külső határát pediga heliopauzának nevezik. Utóbbi változékony zónán haladnak át hamarosan a Voyager-űrszondák, mint arról korábban beszámoltunk.

A határvidék vizsgálata a Föld közeléből

Az IBEX-űrszonda igen elnyúlt pályán kering bolygónk körül. Fontos feladata az úgynevezett energetikus semleges atomok vizsgálata, amelyek 40-50 kilométeres másodpercenkénti sebsséggel haladnak, és többségében a helioszféra határvidékéről származnak. Az IBEX révén készült először átfogó elemzés a Naprendszeren kívülről érkező hidrogén- és oxigénatomok jellemzőiről. A kérdéses részecskék paramétereit tavaly októberi startja óta elemzi az űreszköz.

A hatalmas szalagszerű alakzat az IBEX mérései alapján; az eltérő színek a megfigyelt részecskék különböző energiájú és sűrűségű tartományait jelzik (SwRI)

Az eddigi megfigyelések alapján sikerült egy olyan furcsa, szalag alakú képződményt azonosítani, amelyet a modellek nem jeleztek előre. Az alakzat hatalmas gyűrűként veszi körül  Naprendszert. Keletkezésének lehetséges oka, hogy ebben a térségben állnak közel párhuzamosan a csillagközi mágneses erővonalak a heliopauza határfelületével. Az itt fellépő körülmények között megváltozik a térségből érkező részecskék mozgása és az általuk képviselt energia nagysága. A jelenség lezajlása pontosan még nem ismert, de a zóna léte számos következménnyel járhat a bolygórendszer belső térségeire is.

A fenti színes buborék a napszél által uralt térséget mutatja, amelyet a körülötte mozgó csillagközi anyag áramlása elnyúlt alakúvá formált. A két Voyager-űrszonda a buborék határfelületének irányában halad (NASA)

Az IBEX adatainak eddigi elemzése alapján a szalag mentén egyes térségekben szokatlanul magas az ionok sűrűsége. Mindezekből a kutatók arra következtetnek, hogy a csillagközi mágneses tér sokkal erősebb hatással bír a helioszférára, és ezen keresztül talán a Naprendszer belső térségeire is, mint azt korábban feltételezték.

A Naptól legtávolabbi utazók

A Voyager-1 és -2 űrszondák az emberiség eddig legtávolabbra jutott űreszközei. A heliopauzához közel járnak, ahol a fent azonosított jelenségek zajlanak. Ez a határvonal tehát nem egy éles felület, inkább egy kiterjedt térség, ahol a napszél és a csillagközi anyag keveredik egymással. Helyzete a Nap felől és a csillagközi térből érkező részecskékig kölcsönhatásának megfelelően változik: amikor intenzívebb a napszél, a Naptól távolabbra tolódik, máskor beljebb húzódik.

A Voyager-1 2004. december 17-én a Naptól 85 CSE-re haladt át azon a lökéshullámfronton, ahol a távolodó napszél lassulni kezd. Sajnos nem sokkal ezután elromlott a plazmadetektora, ezért csak korlátozott információkat kaphattunk tőle.

A Voyager-2 mintegy 16 millió kilométerrel lemaradva és kissé eltérő irányba távolodik a Naptól. A Voyager-1-nél délebbre mozogva, a Naptól 75 CSE messzeségben érkezett hasonló térségbe. Ebben az irányban tehát a határfelület 1-2 milliárd kilométerrel közelebb van a Naphoz, mint a Voyager-1 útvonala mentén. A Voyager-2 a felület mozgását is megfigyelte, amely a napszél váltakozó intenzitásának megfelelően eltolódott, a szonda ezért öt alkalommal is áthaladt a határfelületen, utoljára 2007. augusztus 30-án.

A határfelületek és a feléjük közelítő űrszondák helyezete (NASA)

A mellékelt ábra a négy legtávolabbi űrszonda, a két Voyager és a két Pioneer pályáját mutatja. A heliopauza felirat jelzi azt a határfelületet, amelyen belül a napszél, és amelyen kívül a csillagközi anyag dominál. Ezt két lökéshullámfront övezi: kívülről az a zóna, ahol a Naprendszerhez közeledő csillagközi anyag áramlása lassulni kezd. A belső lökéshullámfront pedig azt mutatja, ahol a Naptól távolodó napszél sebessége vált csökkenésbe. A két áramlás találkozásánál lecsökken az anyag sebessége, és heves, kavargó mozgás zajlik.

 

 

A mellékelt animáció az IBEX-műhold által 14 eltérő energiaszinten végzett térképezés összegzését mutatja, amelyen a furcsa, szalag alakú képződmény is látható (SwRI)

Az IBEX-megfigyelések ideálisan egészítik ki a két távoli Voyager-űrszonda pontszerű észleléseit, amelyek egy-egy vonal mentén szelik át a helopauzát. Az IBEX adatait elemző kutatók az így nyerhető, eltérő információforrásokat úgy jellemezték, mintha az IBEX a földi időjárást a magasból követő műhold lenne, a Voyager-űrszondák pedig két földfelszíni meteorológiai állomáshoz hasonlóan egy-egy pontban adnak részletes adatokat. Mindezek összerakásával lehet a földi időjárás és a Naprendszer határvidékének viselkedését jellemezni.

Mivel a Naprendszerbe bejutó csillagközi anyag viselkedését a határfelületnél fellépő folyamatok befolyásolják, a további elemzéssel a helioszférán belül lévő bolygókat elérő hatások is jobban megismerhetők. Az IBEX-megfigyelések annak pontosabb becslésében is közreműködnek, hogy a Föld mágneses védőpajzsán, a magnetoszférán kívül milyenek a galaxis távoli térségiből érkező részecskesugárzások. Utóbbi fontos kiegészítő ismeret, amelyet a tervezett emberes marsutazás során is figyelembe kell majd venni.