Hatalmas csóvát fedeztek fel a Naprendszerben

2013.07.17. 10:44

Régóta sejtették, hogy a Naprendszernek az üstökösökéhez hasonló csóvája van. Ezt azonban nem könnyű úgy kimutatni, hogy mi magunk is a csóva belsejében vagyunk. A NASA IBEX műholdja évekig gyűjtötte az adatokat a fontos felfedezéshez.

A Naprendszert úgy képzelhetjük el, mint egy hatalmas plazmabuborékot, amely a csillagközi térben úszik. Maga a buborék az úgynevezett helioszféra. Mivel a Naprendszer mozog a csillagközi teret kitöltő ritka anyaghoz képest, csóvaszerű képződménynek kell kialakulnia mögötte. Az IBEX műhold megfigyelései alapján első ízben sikerült rekonstruálni ennek a lassú és gyors részecskékből álló csóvának az alakját és szerkezetét. A lassú részecskék oldalt, két nyúlványban koncentrálódnak, míg a gyorsabbak alul és felül haladnak, ráadásul a Naprendszeren kívüli mágneses terek az egész szerkezetet megcsavarják.

A Naprendszernek is van csóvája (illusztráció). Részletes magyarázat a szövegbenForrás: NASA

Távcsöves megfigyelésekkel korábban már sikerült más csillagok csóváját kimutatni, azokat ugyanis kívülről látjuk, akárcsak az üstökösökét. Az 1983-ban a Neptunusz pályáját keresztező Pioneer-10 űrszonda jó irányban haladt ahhoz, hogy behatoljon a Naprendszer csóvájába, azonban 2003-ban megszűnt a műszerek energiaellátása - még mielőtt elérte volna a csóvát. A csóva megfigyelése azért különösen nehéz, mert a képződményt alkotó részecskék nem világítanak, ezért csak közvetve mutatható ki a jelenlétük. 

Az IBEX műhold nem helyszíni mérésekkel próbálta kimutatni a csóvát. Ehelyett a kutatók nagy energiájú semleges atomokat használtak képalkotásra. A semleges atomok azért használhatók erre a célra, mert mozgásuk során nem téríti el őket a helioszférában jelen lévő mágneses tér. A nagy energiájú semleges atomok a helioszféra határán bekövetkező ütközések során keletkeznek, és az ütközés helyétől az IBEX műszeréig egyenes vonalú mozgást végeznek. Ennek köszönhetően a semleges részecskéket megfigyelve következtetni tudunk arra, mi történik a Naprendszer távoli vidékein, ahonnan ideérkeznek.

Az IBEX műhold. A jobb oldali, aranyszínű, kerek rész a műhold nagy energiájú detektora. Balra a fehér burkolat a mikrometeoroktól védi az üzemanyagtartályt. A fent kiálló rúd az adatokat továbbító távközlési antenna. Működés közben a képen felül látható, napelemekkel borított oldala fordul a Nap felé. Közepéből áll ki az IBEX egyik fúvókája, szükség esetén ezzel végzik a pályamódosításokat, hogy a műhold forgástengelye mindig a Nap fel nézzenForrás: IBEX Team/Orbital Sciences Corporation

A megfigyelt semleges atomok több évig utaznak a keletkezési helyüktől a műhold detektoráig. A Napból folyamatosan, nagy sebességgel kifelé áramló napszél, miután elhagyja a legtávolabbi bolygók pályáját, a befelé áramló csillagközi anyag nyomásának hatására lelassul és a csóva mentén visszafordul. Kialakul a heliopauzának nevezett vékony határréteg, amelyben tömegesen visszafelé áramlanak a részecskék.

Eközben a Tejútrendszer más részei felől érkező, lassú semleges atomok folyamatosan áramlanak keresztül a Naprendszeren. Amikor egy ilyen semleges atom összeütközik egy gyorsabban haladó, töltött részecskével, akkor elektront cserélhetnek. A kölcsönhatás eredményeképpen lassú töltött részecske és gyors semleges atom jön létre. A semleges atom mozgását ettől kezdve nem befolyásolja a mágneses tér, így az ütközés pillanatában volt sebességével halad tovább. Ezeket a nagy energiájú semleges atomokat érzékeli az IBEX, így térképezi fel a szemmel láthatatlan csóvát.

Az IBEX első eredményei csak a Naprendszer csóvája mentén lassan mozgó áramlás kis részletét mutatták ki. A több évig végzett megfigyelések kiderítették, hogy ez a teljes képnek csak egy része. Eszerint a csóva hossztengelye mentén a Naprendszerből kifelé tekintve négylevelű lóherére emlékeztető forma rajzolódik ki. A két oldalsó levél felel meg a korábban is megfigyelt lassú részecskéknek, az alsó és a felső levél pedig a gyors részecskéket ábrázolja. A kép összhangban van azzal a jól ismert ténnyel, miszerint a Napot a pólusai környékén hagyja el a napszél gyors összetevője, míg az egyenlítői vidékre a naptevékenység 11 éves ciklusának mostani szakaszában a lassú napszél jellemző.

A helioszférához hasonló buborékokat más csillagok körül is sikerült már felfedezni, ezeket asztroszférának nevezik a csillagászok. A földi és űrtávcsövekkel készült képeken az asztroszférából kinyúló csóvák is láthatókForrás: NASA/HST/R.Casalegno/GALEX

Mindamellett, a „lóhere-alak” nem illeszkedik pontosan a Napra, vagyis a két lassú nyalábot összekötő egyenes kissé elbillen a Nap egyenlítőjéhez képest. Ez arra utal, hogy a csóva távolabbra nyúlik, mint ameddig a Nap mágneses hatása elér, az elcsavarodás azt mutatja, hogy nagy távolságban a „lóhere-forma” kezd beállni a csillagközi mágneses tér irányába. A mérésekből egyetlen fontos adat nem derül ki: milyen messzire nyúlik a Naprendszer csóvája. Ennek tisztázása a jövő méréseinek és modellszámításainak a feladata.

Az IBEX (Interstellar Boundary Explorer, azaz a csillagközi tár határát felderítő műhold) a NASA kutatóműhold-sorozatában (Heliophysics Small Explorer) a kis kutatóholdak (Small Explorers) egyike. Üzemeltetője a NASA tudományos igazgatósága megbízásából a Goddard Űrközpont. A nemzetközi partnerek bevonásával folyó tudományos munka koordinálását a Southwest Research Institute végzi.

Az IBEX műholdat 2009. októberében repülőgépről indított Pegazus hordozórakétával állították elnyúlt pályára a Föld körül. A műhold műszereiről és feladatairól rovatunkban és az Űrvilág cikkében olvashatnak. A műhold földtávolban csaknem a Hold pályáig elmerészkedik, hogy ott a Föld magnetoszférájának zavaró hatásától mentesen végezhesse méréseit. Körülbelül hetente kerüli meg a Földet. Minthogy forgástengelye mindig a Nap felé néz, ezért detektorai félévenként tudják az egész égboltot letapogatni.