Как может выглядеть гелиосфера
Команда астрофизиков из различных институтов под руководством Мерав Офер из Бостонского университета сделали новое открытие, касающееся защитного «пузыря», окружающего нашу Солнечную систему. Это т.н. «гелиосфера», отделяющая нас от межзвёздного вещества.
Считается, что гелиосфера защищает планеты Солнечной системы от мощного излучения сверхновых и других космических лучей. Астрофизики предполагают, что гелиосфера распространяется далеко за пределы Солнечной системы. При этом никто точно не знает её формы, или даже размера.
Астрофизик из Мэрилендского университета Джеймс Дрейк, участвовавший в исследовании, поясняет, что этот «пузырь» довольно важен для человечества в целом. Гелиосфера, порождаемая Солнцем, защищает нас от галактических космических лучей, и её форма связана с тем, сколько и каких лучей может проникнуть внутрь. Складки, морщинки и прочие особенности этого «защитного пузыря» на всё это влияют.
Команда Офер построила несколько самых передовых на сегодня компьютерных симуляций гелиосферы, используя собранные астрономами данные и знания из теоретической астрофизики. Команда назвала проект по предсказанию формы и особенностей гелиосферы SHIELD (Solar-wind with Hydrogen Ion Exchange and Large-scale Dynamics – солнечный ветер с обменом ионов водорода и крупномасштабной динамикой).
Моделируя гелиосферу, учёные пытаются найти ответы на несколько вопросов. Какова её структура в целом? Как ведут себя во времени её ионизированные частицы? Как гелиосфера взаимодействует с межзвёздным пространством, с существующими там материей и излучением? Как она задерживает или пропускает космические лучи?
В опубликованной в журнале Astrophysical Journal работе «A Turbulent Heliosheath Driven by the Rayleigh–Taylor Instability» астрофизики описывают, как гелиосферу формируют внешние потоки нейтральных частиц водорода. Также в работе описывается гипотеза, объясняющая причины нестабильности гелиосферных джетов – потоков материи и энергии, похожих на потоки, возникающие в других физических процессах. Примерно такие же джеты есть, например, у некоторых звёзд и чёрных дыр.
Модель говорит, что гелиосфера может выглядеть примерно так
Судя по моделированию, гелиосфера, перемещающаяся в пространстве вместе с Солнечной системой, стабильной не является. Более старые модели гелиосферы делали её похожей на комету с хвостом-джетом. Текущая модель предсказывает, что гелиосфера может быть больше похожей на что-то вроде круассана или даже пончика.
Причиной нестабильности и неправильной формы являются как раз потоки нейтральных частиц водорода. Сталкиваясь с гелиосферой, они постоянно её деформируют. Модель впервые объясняет, почему форма гелиосферы «ломается» в районах полюсов, и как галактические космические лучи попадают на Землю и в её окрестности.
В частности, это приводит к такому явлению, как неустойчивость Рэлея — Тейлора – при столкновении материалов с разной плотностью более лёгкий материал проникает через более тяжёлый. Ещё один пример работы этого явления – «пальцы» в знаменитой туманности «Конская голова».
