همسایگی منظومه شمسی در فضا با هیدروژن دربر گرفته شده است - جعبه مهر

دانشمندان جایی را آنالیز نموده اند که تنها دو فضاپیمای وویجر (Voyager) توانسته اند به آن راه پیدا نمایند و سفر آن ها بیش از 30 سال طول کشیده است. جایی که فراتر از مدار پلوتو، و چهار برابر دورتر از کمربند سنگی کوییپر است. این محدوده که فقط با یک مرز مغناطیسی نامرئی تعیین می گردد، جایی است که سلطه خورشید به خاتمه می رسد و به عنوان نزدیک ترین بخش به فضای میان ستاره ای درنظر گرفته می گردد.

نوار زمانی منظومه شمسی

در این محدوده ستاره ای بدون انسان، ذرات و نوری حاصل از 100 میلیارد ستاره کهکشان ما به همراه بقایای باستانی مهبانگ (Big Bang) در هم می آمیزند. این مخلوط و در حقیقت ماده بین ستاره ها با نام محیط میان ستاره ای شناخته می گردد. محتویات این محیط گذشته دور منظومه شمسی را در خود دارد و ممکن است نشانه هایی از آینده داشته باشد.

اکنون اندازه گیری های فضاپیمای افق های نو (New Horizons) ناسا در حال تغییر تخمین های ما از یک ویژگی اصلی محیط میان ستاره ای است؛ ضخامت آن. یافته های منتشر شده در نشریه Astrophysical Journal بر پایه مشاهدات جدید نشان می دهد که محیط میان ستاره ای محلی ما تقریبا 40 درصد بیشتر بیشتر از بعضی مطالعات قبلی دارای اتم های هیدروژن است. این نتایج شماری از اندازه گیری های متفاوت را یکپارچه می نماید و شرح تازه ای از همسایگی ما در فضا ارائه می دهد.

ضربه خوردن از مه میان ستاره ای

همان طور که زمین به دور خورشید حرکت می نماید، کل منظومه شمسی ما هم در کهکشان راه شیری با سرعت بیش از 800 هزار کیومتر بر ساعت حرکت می نماید. هنگامی که از میان مه ذرات میان ستاره ای عبور می کنیم، توسط حباب مغناطیسی اطراف خورشید به نام هورسپهر (هلیوسفر) محافظت می شویم و بدین ترتیب بسیاری از گازهای میان ستاره ای، اما نه همه آن ها در اطراف این حباب جریان دارند.

• شکل منظومه شمسی مانند شیرینی کروسان است

هلیوسفر ذرات باردار را با راهنمایی توسط میدان های مغناطیسی دفع می نماید، اما بیش از نیمی از گازهای میان ستاره ای محلی خنثی هستند و تعداد پروتون و الکترون برابر دارند. همین طور که میان گازهای میان ستاره ای می گذریم، گازهای خنثی به درون منظورمه شمسی نفوذ می نمایند و توده باد خورشیدی را افزایش می دهند.

اریک کریستین (Eric Christian) فیزیکدان مرکز پروازهای فضایی گادرد ناسا در گرین بلت گفت: مثل این است که از میان مه سنگینی بگذرید. هنگامی که می دوید لباس هایتان خیس می گردد و سرعت شما را کند می نماید.

اتم های میان ستاره ای پس از هجوم به هلیوسفر، خیلی زود توسط نور خورشید فشرده می شوند و توسط ذرات باد خورشیدی می لرزند. بدین ترتیب بسیاری از آن ها الکترون های خود را در این هیاهو از دست می دهند و به یون های حمل شده (Pickup Ions) با بار مثبت تبدیل می شوند. این توده جدید از ذرات باردار، اگرچه تغییر یافته است اما رازهای مه پشت خود را همراه دارد.

پاول سواچینا (Pawel Swaczyna) از دانشگاه پرینستون و نویسنده اصلی این پژوهش گفت: ما مشاهدات مستقیمی از اتم های میان ستاره ای توسط فضاپیمای افق های نو نداریم اما می توانیم این یون های حمل شده را مشاهده کنیم. از این ذرات یک الکترون گرفته شده است اما می دانیم که در ابتدا به عنوان اتم های خنثی از خارج از هلیوسفر به ما رسیده اند.

هم اکنون فضاپیمای افق های نو ناسا که در ژانویه 2006 (دی 1384) به فضا پرتاب شد، بهترین وسیله برای اندازه گیری آن هاست. اکنون 5 سال از زمان دیدار این فضاپیما با پلوتو می گذرد که نخستین تصاویر از نزدیک را از این سیاره کوتوله به ثبت رساند. امروز این فضاپیما به وسیله کمربند کوییپر در لبه منظومه شمسی که تازه ترین یون های حمل شده در آنجا قرار دارند، حرکت می نماید. ابزار بادهای خورشیدی اطراف پلوتو (Solar Wind Around Pluto) یا سواپ (SWAP) این فضاپیما می تواند این یون های حمل شده را که با انرژی بسیار بالاتر از بادهای خورشیدی هستند، تشخیص دهد.

مقدار یون های حمل شده ای که افق های نو تشخیص می دهد، ضخامت مه میان ستاره ای را که از میان آن می گذریم، نشان می دهد. درست همان طور که کسی که با گذر از میان مه غلیظ تر رطوبت بیشتری جذب می گردد، هر افق های نو یون های حمل شده بیشتری بیابد، یعنی مه میان ستاره ای تراکم بیشتری دارد.

اندازه گیری های گوناگون

سواچینا از اندازه گیری های ابزار سواپ برای به دست آوردن چگالی هیدروژن خنثی در شوک انتهایی منظومه شمسی استفاده کرد. جایی که باد خورشیدی در برابر محیط میان ستاره ای قرار می گیرد و سرعت ان ناگهان کاهش می یابد. پس از ماه ها آنالیز و آزمایش دقیق، آن ها به شمار 0.127 ذره در سانتی متر مکعب یا حدود 120 اتم هیدروژن در فضایی به اندازه یک لیتر رسیدند.

این نتیجه مطالعه دیگری که در سال 2001 صورت گرفته بود را هم تأیید کرد. این مطالعه از وویجر 2 که حدود 6.5 میلیارد کیلومتر دورتر است، برای اندازه گیری میزان کند شدن سرعت باد خورشیدی تا زمان رسیدن به فضاپیما استفاده نموده بود. این کندی عمدتا به دلیل دخالت ذرات متوسط میان ستاره ای بود و بدین ترتیب تراکم هیدروژن میان ستاره ای را حدود 120 اتم هیدروژن در 1 لیتر پیشنهاد می کرد.

اما بعضی مطالعات جدیدتر در حدود عددی دیگر همگرا شده اند. دانشمندان با استفاده از داده های مأموریت اولیس (Ulysses) ناسا از فاصله نزدیک تر به خورشید نسبت به مشتری، یون های حمل شده را اندازه گیری کردند و چگالی حدود 85 اتم هیدروژن میان ستاره ای را در یک لیتر فضا تخمین زدند. چند سال بعد یک تحقیق متفاوت هم با ترکیب داده های اولیس و وویجر نتیجه مشابهی را به دست آورد.

سواچینا گفت: می دانید که اگر متوجه شوید که چیزی متفاوت از کار قبلی است، فرایند طبیعی این است که به دنبال اشتباهات خود بگردید.

اما پس از کمی آنالیز بیشتر، به نظر رسید که همان عدد درست است. اندازه گیری های افق های نو با مشاهدات مبتنی بر ستاره های دور سازگاری بهتری دارد. از سوی دیگر اندازه گیری های اولیس یک نقص هم داشتند، زیرا در جایی انجام شدند که یون های حمل شده در آن نادرتر است و اندازه گیری ها از اطمینان بالایی برخوردار نیستند.

کریستین گفت: مشاهدات یون های حمل شده هلیوسفر درونی، از میلیاردها کیلومتر فیلتر می شوند. بدین ترتیب داشتن ابزاری در بیرون این فاصله، جایی که افق های نو واقع شده است، تفاوت زیادی در نتایج ایجاد می نماید.

درباره نتایج ترکیبی کاوشگرهای اولیس و وویجر هم، سواچینا متوجه شد که یکی از اعداد در محاسبه به روز نیست و 35 درصد کمتر از مقدار اجماع فعلی را نشان می دهد. به این ترتیب محاسبه دوباره با مقدار پذیرفته شده فعلی، مطابقت تقریبی با اندازه گیری افق های نو و مطالعه 2001 را به دست می دهد.

آریک پوزنر (Arik Posner) نویسنده پژوهش سال 2001 در دفتر اصلی ناسا در واشنگتن گفت: تأیید این نتیجه قدیمی تقریبا فراموش شده برای ما تعجب آور است. ما فکر کردیم که روش ساده ما برای اندازه گیری کندی باد خورشیدی توسط مطالعات پیچیده تری که نبست به آن موقع صورت گرفته، تغییر یافته اما چنین نیست.

• در مرز های منظومه شمسی و فضای میان ستاره ای چه می گذرد؟

دید پژوهشی تازه

هرچند به نظر نمی رسد که رفتن از 85 اتم در یک لیتر به 120 اتم زیاد باشد، اما در علم مبتنی بر مدل مانند هلیوفیزیک تغییر یک عدد در همه چیز اثرگذار است.

برآورد تازه ممکن است به شرح یکی از عظیمتری رازهای هلیوسفریک در چند سال گذشته یاری کند. در این زمینه کاوشگر مرز میان ستاره ای (Interstellar Boundary Explorer) ناسا، IBEX هم کمی پس از شروع مأموریت داده های کاملی را مخابره کرد و دانشمندان در این داده ها متوجه یک نوار عجیب از ذرات پرانرژی شدند که از لبه جلویی هلیوسفر می آید. آن ها این نوار را نوار آیبکس (IBEX Ribbon) نامیدند.

کریستین گفت: روبان IBEX یک غافلگیری عظیم بود. این ساختار در لبه منظومه شمسی ما به عرض یک میلیارد مایل (1.6 میلیارد کیلومتر) و طول 10 میلیارد مایل (16 میلیارد کیلومتر) وجود داشت و هیچ کس نمی دانست. حتی وقتی شبیه سازی های موجود را برای علت وجود آن توسعه دادیم، همه مدل ها نشان می دادند که نباید آن میزان که هست روشن باشد.

دیوید مک کوماس (David McComas) استاد علوم اخترفیزیک دانشگاه پرینستون و پژوهشگر اصلی مأموریت IBEX ناسا در این زمینه اضافه نمود: چگالی میان ستاره ای که در این مطالعه 40 درصد بالاتر مشاهده شده، کاملا بحرانی است. این نه تنها نشان می دهد که خورشید ما در یک قسمت بسیار چگال از فضای میان ستاره ای قرار گرفته است، بلکه ممکن است یک خطای قابل توجه در نتایج شبیه سازی ما را در مقایسه با مشاهدات واقعی IBEX شرح دهد.

در هر صورت، این نتیجه، تصویری بهتر از گروه ستاره ای محلی ما ارائه می دهد و به گفته سواچینا این نخستین بار است که ابزارهایی یون های حمل شده را در این فاصله دور مشاهده می نمایند و تصویر ما از محیط میان ستاره ای محلی هم با تصاویر مشاهدات نجومی مطابقت دارد. این نشانه خوبی است.

عکس کاور: طرحی گرافیکی از ابر میان ستاره ای که منظومه شمسی را دربر گرفته است و پژوهش های تازه وجود میزان قابل توجه هیدروژن در آن را تأیید می نماید.

Credit: NASA/Adler/U. Chicago/Wesleyan

منبع: Phys.Org

بانیما: قدرت گرفته از سیستم مدیریت محتوای بانیما