دانشمندان کشف کردند چرا منظومه شمسی شکلی شبیه کروسان دارد - هولی

منظومه شمسی ما در یک حباب قرار گرفته است. باد و تشعشعات خورشید به سمت خارج جریان دارند و به فضای میان ستاره ای می ریزند. این جریان، یک مرز برای محدوده اثرگذاری خورشید ایجاد می کند که درون آن اجرام منظومه شمسی از پرتوهای کیهانی قدرتمند محافظت می شوند.

به این مرز هورسپهر یا هلیوسفر (Heliosphere) گفته می شود و درک چگونگی عملکرد آن بخش مهمی از درک منظومه شمسی ماست. شاید حتی بتواند اینکه چگونه ما و تمام حیات روی زمین می توانیم در موقعیت فعلی باشیم را توضیح دهد.

اکنون یک پژوهش تازه که در استروفیزیکال ژورنال (The Astrophysical Journal) منتشر شده است، به توضیح جامع تری درباره شکل هلیوسفر رسیده است. جیمز دریک (James Drake) اخترفیزیکدان دانشگاه مریلند در این باره گفت: این موضوع چه ارتباطی با جامعه دارد؟ از این جهت که حبابی که ما را دربر گرفته و از طریق خورشید تولید شده است، از ما در برابر پرتوهای کیهانی کهکشان محافظت می کند و شکل مرز محافظ می تواند بر شیوه ورود پرتوها به هلیوسفر اثر بگذارد.

او اضافه کرد: نظریه های زیادی وجود دارد اما در هر صورت نحوه ورود پرتوهای کیهانی کهکشان، می توان تحت تأثیر ساختار هلیوسفر، ازجمله پیچ وتاب و تا شدن و دیگر ساختارهای آن باشد.

چون ما در داخل هورسپهر هستیم و در حقیقت مرز آن را نمی بینیم، تشخیص شکل آن دقیقا آسان نیست اما غیر ممکن هم نیست. دو کاوشگر وویجر (Voyager) و همچنین کاوشگر افق های نو (New Horizons) سه فضاپیمایی هستند که به دوردست های منظومه شمسی سفر کرده اند. در واقع کاوشگرهای وویجر حتی از مرز هلیوسفر هم گذشته اند و هم اکنون در فضای میان ستاره ای راه خود را طی می کنند.

با داده های این کاوشگرها، دانشمندان سال گذشته به این نتیجه رسیدند که هلیوسفر می تواند تا حدی شبیه به یک کروسان کیهانی عجیب باشد. اکنون آن ها دریافته اند که دلیل این شکل عجیب چیست. ذرات هیدروژن خنثی که از فضای میان ستاره ای به منظومه شمسی گسیل می شوند، نقش مهمی در شکل دهی به هلیوسفر دارند.

این تیم پژوهشی شروع به بررسی جت های هلیوسفر کردند. این ها فواره های دوقلویی از مواد هستند که از قطب های خورشید بیرون می آیند و از برهم کنش میدان مغناطیسی خورشید با میدان مغناطیسی میان ستاره ای شکل خاص خود را می گیرند. با این وجود، به جای پرتاب مستقیم به بیرون، تحت فشار جریان میان ستاره ای مانند دو سمت یک کروسان، به اطراف خم می شوند و دم منظومه شمسی را شکل می دهد.

این جت ها به دیگر جت های اخترفیزیکی مشاهده شده شباهت دارند و مانند آن ها ناپایدار هستند. هلیوسفر هم که از طریق خورشید شکل گرفته است، ناپایدار به نظر می رسد و بنابراین پژوهشگران در در پی دلیل آن رفتند.

مراف اوفر (Merav Opher) اخترفیزیکدان دانشگاه بوستون و سرپرست این مطالعه گفت: ما می بینیم که این جت ها به صورت ستون های نامنظم بیرون می آیند و اخترفیزیکدانان سال ها متعجب بودند که چرا این اشکال ناپایداری از خود نشان می دهند.

بدین ترتیب این تیم مدل سازی محاسباتی را با تمرکز بر روی اتم های هیدروژن خنثی، که بار الکتریکی ندارند، انجام داد. می دانیم که این جریان ها از فضای کیهان می گذرند اما نمی دانیم که چه تأثیری بر هلیوسفر دارند. هنگامی که پژوهشگران اتم های خنثی را از مدل خود خارج کردند، ناگهان جت های خورشیدی پایدار شدند. سپس پژوهشگران دوباره آن ها را بازگرداندند.

اوفر گفت: وقتی این اتم ها را دوباره داخل مدل سازی می بریم، جریان ها شروع به خم شدن می کنند و محور مرکزی شروع به تکان خوردن می کند و این یعنی چیزی داخل جت های هلیوسفر بسیار ناپایدار می شود.

بر اساس تجزیه وتحلیل این تیم، این عملکرد به دلیل برهم کنش هیدروژن خنثی با ماده یونیزه شده در پوش خورشیدی (Heliosheath) یا غلاف هلیوسفر، ناحیه بیرونی آن، روی می دهد. این برهم کنش باعث ایجاد ناپایداری ریلی-تیلور می شود. این ناپایداری در فصل مشترک میان دو سیال با چگالی متفاوت، که سیال سبک تر به سیال سنگین تر فشار می آورد، روی می دهد. در مرز منظومه شمسی هم این آشفتگی در مقیاس بزرگ در دم هلیوسفر روی می دهد.

این توضیحی روشن و زیبا برای شکل کروسان-مانند هلیوسفر است و می تواند مفاهیم گسترده ای برای درک ما از شیوه ورود پرتوهای کیهانی کهکشانی به منظومه شمسی داشته باشد. همچنین می تواند به ما در درک محیط تشعشعی منظومه شمسی، خارج از میدان مغناطیسی محافظ و جو زمین کمک کند. اوفر گفت: جهان آرام نیست و مدل ما در دانشگاه بوستون سعی نمی کند تا آشفتگی را نادیده بگیرد، به همین دلیل است که به ما امکان داد دلیل ناپایداری هلیوسفر را که ذرات هیدروژن خنثی است، معین کنیم.

او اضافه کرد: این یافته واقعا یک پیشرفت بزرگ است و ما را در مسیری قرار می دهد که بفهمیم چرا در مدل ما هلیوسفر شکل کروسانی متمایز خود را پیدا می کند و چرا مدل های دیگر این کار را نمی کنند.

عکس کاور: ساختار کروسان مانند هلیوسفر منظومه شمسی

Credit: Opher et al

منبع: Science Alert