چرا هلیوسفر خورشید به شکل "نان کروسان" است؟

به گزارش ایسنا و به نقل از آی‌ای، در ماه مارس ۲۰۲۰ خبری منتشر شد مبنی بر اینکه فیزیکدانان از یک مدل پیشرفته جدید از هلیوسفر خورشید که حجم وسیعی از فضای اطراف خورشید است که به بیش از دو برابر فاصله پلوتو می‌رسد، پرده‌برداری کرده‌اند و یک میدان نیروی مغناطیسی هلالی شکل را به شکل یک نان کروسان نشان می‌دهد.

حالا همان فیزیکدانان کشف کرده‌اند که چرا هلیوسفر خورشید دارای چنین شکل خاصی است.

این کشف توسط "مراو اوفر"(Merav Opher) اخترفیزیکدان دانشگاه "بوستون" و "جیمز دریک"(James Drake) اخترفیزیکدان دانشگاه "مریلند" انجام شده است.

"دریک" در یک بیانیه گفت: این موضوع چگونه با جامعه جهانی مرتبط است؟ حبابی که ما را احاطه کرده و توسط خورشید تولید شده است، ما را از پرتوهای کیهانی کهکشانی محافظت می‌کند و شکل آن می‌تواند بر نحوه ورود آن پرتوها به هلیوسفر تأثیر بگذارد. نظریه‌های زیادی وجود دارد، اما مطمئناً نحوه ورود پرتوهای کیهانی کهکشانی می‌تواند تحت تأثیر ساختار هلیوسفر باشد.

"اوفر" و "دریک" از مدل‌سازی محاسباتی برای آزمایش نظریه خود استفاده کردند مبنی بر اینکه ذرات هیدروژن خنثی که از خارج از منظومه شمسی به سمت ما جاری می‌شوند، چیزی هستند که جریان یکنواخت هلیوسفر را غیرممکن می‌کنند. آنها در حالی که به دنبال اثبات این مفهوم بودند، همچنین دریافتند که برخورد ذرات خنثی با هلیوسفر پدیده‌ای به نام "ناپایداری ریلی-تیلور"(Rayleigh-Taylor instability) ایجاد می‌کند.

این فرآیند که توسط فیزیکدانان به خوبی شناخته شده است، زمانی رخ می‌دهد که دو ماده با چگالی متفاوت با هم برخورد کنند. همانطور که مواد سبک‌تر به مواد سنگین‌تر فشار می‌آورند، اشکال نامنظم و دیوانه‌واری شکل می‌گیرند. فیزیکدانان دریافتند در هلیوسفر خورشید ما، این کشش میان مواد خنثی و یون‌ها همین شکل کروسانی را ایجاد می‌کند که بسیار مورد بحث قرار گرفته است.

انجام این مطالعه و رسیدن به این کشف به هیچ وجه آسان نبود. "اوفر" مجبور شد کارشناسانی را از ۱۱ دانشگاه و موسسه تحقیقاتی دیگر در تلاشی که "شیلد"(SHIELD) به معنی "باد خورشیدی با تبادل یون هیدروژن و دینامیک در مقیاس بزرگ) نامیده است، بکار بگیرد. در نهایت از نتیجه به نظر می‌رسد که ارزش آن را داشته است.

هلیوسفر یا هورسپهر(Heliosphere) پهنه‌ای است حباب مانند که بادهای خورشیدی را دربرگرفته است. هورسپهر دربرگیرنده همه منظومه شمسی و میدان مغناطیسی خورشیدی است که کیلومترها دورتر از مدار پلوتو را در بر می‌گیرد. پلاسمایی که از خورشید به بیرون دمیده می‌شود(طوفان‌های خورشیدی) این حباب را در مقابل فشار گازهای فضای میان ستاره‌ای، هیدروژن و هلیوم مولکولی که در کهکشان راه‌ شیری پخش هستند، ایجاد و حفظ می‌کند.

جریان باد خورشیدی از خورشید آغاز می‌شود و تا منطقه "ضربه خروجی"(Termination Shock) با سرعت پیش می‌رود تا اینکه با رسیدن به این منطقه به صورت ناگهانی از سرعت آن کاسته شود. منطقه‌ای که بعد از ضربه خروجی واقع شده‌ است به نام "پوش خورشیدی"(Heliosheath) شناخته می‌شود. "پوش خورشیدی" منطقه‌ای میانی است که مرز بیرونی آن، مرز هلیوسفر محسوب می‌شود. به مرز هلیوسفر، "منطقه توقف خورشیدی"(Heliopause) نیز گفته می‌شود.

شکل کلی حباب هلیوسفر با توجه به فشار و چگالی گازهایی که منظومه شمسی از داخل آن عبور می‌کند و همچنین به خورشید تغییر می‌کند و به شکل یک کره دقیق و کامل نیست اکنون مشخص شده که شکلی شبیه به نان کروسان دارد. 

در سپتامبر ۲۰۱۲ ناسا اعلام کرد که سفینه "وویجر ۱" در تاریخ ۲۵ اوت از مرز هلیوسفر خارج شده‌ است. این ادعا بر اساس ۴۰ برابر شدن ناگهانی چگالی پلاسما در فضای اطراف سفینه مطرح شده‌ است. با توجه به این که منطقه توقف خورشیدی مرز منظومه شمسی با جهان اطراف است، سفینه‌هایی که از این مرز خارج شده‌اند (مانند "وویجر ۱")، طبق تعریف وارد فضای میان ستاره‌ای شده‌اند. در تاریخ ۱۰ دسامبر ۲۰۱۸ هم سفینه فضایی "وویجر ۲" از این مرز عبور کرد.