De rand van de magnetische bel van de zon bestuderen

[univers]

Onze hoek van het universum, het zonnestelsel, is genesteld in het Melkwegstelsel, de thuisbasis van meer dan 100 miljard sterren. Het zonnestelsel is ingekapseld in een bel die de heliosfeer wordt genoemd en die ons scheidt van het uitgestrekte melkwegstelsel daarachter - en een deel van zijn harde ruimtestraling.

We worden tegen die straling beschermd door de heliosfeer, die zelf wordt gecreëerd door een andere stralingsbron: de zon. De zon spuwt voortdurend geladen deeltjes, de zonnewind genaamd, vanaf het oppervlak. De zonnewind waait uit tot ongeveer vier keer de afstand van Neptunus en draagt ​​het magnetische veld van de zon met zich mee.


De heliosfeer in de Melkweg.
Credits: NASA's Goddard Space Flight Center/Conceptual Image Lab/Walt Feimer
"Magnetische velden hebben de neiging om tegen elkaar aan te duwen, maar niet te mengen", zegt Eric Christian, een leidende heliosfeeronderzoeker bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "In de bel van de heliosfeer bevinden zich vrijwel alle deeltjes en magnetische velden van de zon. Buiten zijn die van de melkweg.”

Om de heliosfeer te begrijpen, begint u met het uit elkaar halen van het woord, stelt David McComas, hoogleraar astrofysische wetenschappen aan de Princeton University in New Jersey, voor. "Heliosfeer" is de combinatie van twee woorden: "Helios", het Griekse woord voor de zon, en "bol", een breed invloedsgebied (hoewel, om duidelijk te zijn, wetenschappers niet zeker zijn van de exacte vorm van de heliosfeer ).

De heliosfeer werd eind jaren vijftig ontdekt en er blijven nog veel vragen over. Terwijl wetenschappers de heliosfeer bestuderen, leren ze meer over hoe het de blootstelling van astronauten en ruimtevaartuigen aan straling vermindert en meer in het algemeen, hoe sterren hun nabijgelegen planeten kunnen beïnvloeden.

Een ballon in de ruimte
Sommige straling omringt ons elke dag. Als we zonnebaden, koesteren we ons in de straling van de zon. We gebruiken straling om restjes in onze keukenmagnetrons op te warmen en vertrouwen erop voor medische beeldvorming.

Ruimtestraling lijkt echter meer op de straling die vrijkomt door radioactieve elementen zoals uranium. De ruimtestraling die van andere sterren op ons afkomt, wordt galactische kosmische straling (GCR) genoemd. Actieve gebieden in de melkweg - zoals supernova's, zwarte gaten en neutronensterren - kunnen de elektronen van atomen strippen en de kernen versnellen tot bijna de lichtsnelheid, waardoor GCR wordt geproduceerd.


De heliosfeer verandert in grootte gedurende de zonnecyclus.
Credits: NASA's Goddard Space Flight Center/Scientific Visualization Studio/Tom Bridgman

Op aarde hebben we drie lagen van bescherming tegen ruimtestraling. De eerste is de heliosfeer, die helpt voorkomen dat GCR de belangrijkste planeten in het zonnestelsel bereikt. Bovendien produceert het magnetische veld van de aarde een schild dat de magnetosfeer wordt genoemd en dat GCR weghoudt van de aarde en satellieten in een lage baan, zoals het internationale ruimtestation. Ten slotte absorberen de gassen van de atmosfeer van de aarde straling .

Wanneer astronauten naar de maan of naar Mars gaan, zullen ze niet dezelfde bescherming hebben als op aarde. Ze hebben alleen de bescherming van de heliosfeer, die in grootte fluctueert gedurende de 11-jarige cyclus van de zon.

In elke zonnecyclus doorloopt de zon perioden van intense activiteit en krachtige zonnewinden, en stillere perioden. Als een ballon, loopt de heliosfeer leeg als de wind kalmeert. Wanneer het oppikt, zet de heliosfeer uit.

"Het effect dat de heliosfeer heeft op kosmische straling maakt menselijke verkenningsmissies met een langere duur mogelijk. In zekere zin stelt het mensen in staat om Mars te bereiken, "zei Arik Posner, een heliofysicus op het NASA-hoofdkwartier in Washington, DC. "De uitdaging voor ons is om de interactie van kosmische straling met de heliosfeer en zijn grenzen beter te begrijpen."

Anatomie van de heliosfeer
Er is enige discussie over de precieze vorm van de heliosfeer. Wetenschappers zijn het er echter over eens dat het verschillende lagen heeft. Laten we de lagen van binnen naar buiten bekijken:


Deze afbeelding toont de positie van de sondes Voyager 1 en Voyager 2 van NASA, buiten de heliosfeer, een beschermende bel die door de zon is gecreëerd en die zich ver voorbij de baan van Pluto uitstrekt.
Credits: NASA/JPL-Caltech
Beëindigingsschok : alle grote planeten in ons zonnestelsel bevinden zich in de binnenste laag van de heliosfeer. Hier komt de zonnewind uit de zon op volle snelheid, ongeveer een miljoen mijl per uur, voor miljarden mijlen, onaangetast door de druk van de melkweg. De buitenste grens van deze kernlaag wordt de terminatieschok genoemd.

Heliosheath: Voorbij de beëindigingsschok is de heliosheath. Hier beweegt de zonnewind langzamer en buigt hij af terwijl hij wordt geconfronteerd met de druk van het interstellaire medium buiten.

Heliopauze: De heliopauze markeert de scherpe, laatste plasmagrens tussen de zon en de rest van de melkweg. Hier duwen de magnetische velden van de zonne- en interstellaire winden tegen elkaar op, en de binnen- en buitendruk zijn in evenwicht.

Buitenste heliosheath: Het gebied net voorbij de heliopauze, dat nog steeds wordt beïnvloed door de aanwezigheid van de heliosfeer, wordt de buitenste heliosheath genoemd.
Hoe we de buitenste regionen van de heliosfeer bestuderen
Veel NASA-missies bestuderen de zon en de binnenste delen van de heliosfeer. Maar slechts twee door mensen gemaakte objecten hebben de grens van het zonnestelsel overschreden en zijn de interstellaire ruimte binnengegaan.

In 1977 lanceerde NASA Voyager 1 en Voyager 2 . Elk ruimtevaartuig is uitgerust met instrumenten om de magnetische velden en de deeltjes waar het direct doorheen gaat te meten. Nadat ze tijdens een grote tour langs de buitenste planeten waren geslingerd, verlieten ze respectievelijk de heliopauze in 2012 en 2018 en bevinden ze zich momenteel in de buitenste heliosheath. Ze ontdekten dat kosmische straling buiten de heliopauze ongeveer drie keer intenser is dan diep in de heliosfeer.

Het beeld dat de Voyagers schilderen is echter onvolledig.

"Proberen de hele heliosfeer vanaf twee punten, Voyager 1 en 2, te achterhalen, is als proberen het weer in de hele Stille Oceaan te bepalen met behulp van twee weerstations," zei Christian.

De Voyagers werken samen met de Interstellar Boundary Explorer (IBEX) om de heliosfeer te bestuderen. IBEX is een satelliet ter grootte van een koffer van 176 pond, gelanceerd door NASA in 2008. Sindsdien draait IBEX in een baan om de aarde, uitgerust met telescopen die de buitengrens van de heliosfeer observeren. IBEX vangt en analyseert een klasse deeltjes genaamd energetisch neutrale atomen, of ENA's, die zijn pad kruisen. ENA's vormen waar het interstellaire medium en de zonnewind elkaar ontmoeten. Sommige ENA's stromen terug naar het centrum van het zonnestelsel - en IBEX.

"Elke keer dat je een van die ENA's verzamelt, weet je uit welke richting het kwam", zegt McComas, hoofdonderzoeker van IBEX. "Door veel van die individuele atomen te verzamelen, kun je dit binnenstebuiten beeld van onze heliosfeer maken."

In 2025 zal NASA de Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) lanceren. De ENA-camera's van IMAP hebben een hogere resolutie en zijn gevoeliger dan die van IBEX.

Mysteries in overvloed
In 2009 kwam IBEX met een bevinding die zo schokkend was dat onderzoekers zich aanvankelijk afvroegen of het instrument misschien niet goed werkte. Die ontdekking werd bekend als het IBEX-lint - een band aan de hemel waar de ENA-emissies twee of drie keer helderder zijn dan de rest van de lucht.

"Het lint was totaal onverwacht en door geen enkele theorie voorzien voordat we de missie vlogen", zei McComas. Het is nog steeds niet helemaal duidelijk wat de oorzaak is, maar het is een duidelijk voorbeeld van de mysteries van de heliosfeer die nog ontdekt moeten worden.


NASA's Interstellar Boundary Explorer, of IBEX, bestudeert de heliosfeer vanuit zijn baan rond de aarde. De allereerste skymap van IBEX toonde een verrassende functie die het "IBEX-lint" werd genoemd.
Credits: NASA/IBEX
“Onze zon is een ster zoals miljarden andere sterren in het heelal. Sommige van die sterren hebben ook astrosferen, zoals de heliosfeer, maar dit is de enige astrosfeer waar we ons in bevinden en die we van dichtbij kunnen bestuderen”, zegt Justyna Sokol, een onderzoekswetenschapper aan het Southwest Research Institute in San Antonio, Texas. "We moeten vanuit onze buurt beginnen om zoveel meer te leren over de rest van het universum."

Door Alison Gold

NASA's Goddard Space Flight Center , Greenbelt, Md.

https://www.nasa.gov/feature/goddard/20 ... tic-bubble