Illustrazione raffigurante gli strati dell'eliosfera. Credito:NASA/IBEX/Adler Planetarium
Al confine del nostro sistema solare, la pressione è alta. Questa pressione, la forza plasma, campi magnetici e particelle come ioni, i raggi cosmici e gli elettroni si esercitano l'uno sull'altro quando fluiscono e si scontrano, è stato recentemente misurato dagli scienziati nella sua totalità per la prima volta ed è risultato essere maggiore del previsto.
Utilizzando le osservazioni dei raggi cosmici galattici, un tipo di particella altamente energetica, degli scienziati della navicella spaziale Voyager della NASA hanno calcolato la pressione totale delle particelle nella regione esterna del sistema solare, noto come elioguaina. A quasi 9 miliardi di miglia di distanza, questa regione è difficile da studiare. Ma il posizionamento unico del veicolo spaziale Voyager e l'opportuna tempistica di un evento solare hanno reso possibili le misurazioni dell'elioguaina. E i risultati stanno aiutando gli scienziati a capire come il Sole interagisce con l'ambiente circostante.
"Nel sommare i pezzi noti da studi precedenti, abbiamo scoperto che il nostro nuovo valore è ancora maggiore di quanto misurato finora, "ha detto Jamie Rankin, autore principale del nuovo studio e astronomo della Princeton University nel New Jersey. "Dice che ci sono alcune altre parti della pressione che non vengono prese in considerazione in questo momento che potrebbero contribuire".
Sulla Terra abbiamo la pressione dell'aria, creato da molecole d'aria attratte dalla gravità. Nello spazio c'è anche una pressione creata da particelle come ioni ed elettroni. Queste particelle, riscaldato e accelerato dal Sole crea un gigantesco pallone noto come eliosfera che si estende per milioni di miglia oltre Plutone. Il confine di questa regione, dove l'influenza del Sole è superata dalle pressioni delle particelle provenienti da altre stelle e dallo spazio interstellare, è dove finisce l'influenza magnetica del Sole. (La sua influenza gravitazionale si estende molto più lontano, quindi il sistema solare stesso si estende più lontano, anche.)
Per misurare la pressione nell'elioguaina, gli scienziati hanno usato la navicella spaziale Voyager, che viaggiano stabilmente fuori dal sistema solare dal 1977. Al momento delle osservazioni, La Voyager 1 era già fuori dall'eliosfera nello spazio interstellare, mentre Voyager 2 rimaneva ancora nell'elioguaina.
"C'è stato un tempismo davvero unico per questo evento perché l'abbiamo visto subito dopo che la Voyager 1 è entrata nello spazio interstellare locale, " disse Rankin. "E mentre questo è il primo evento che la Voyager ha visto, ci sono altri dati che possiamo continuare a esaminare per vedere come le cose nell'elioguaina e nello spazio interstellare stanno cambiando nel tempo".
La navicella spaziale Voyager, uno nell'elioguaina e l'altro appena oltre nello spazio interstellare, ha preso le misurazioni come un solare noto anche come una regione di interazione globale fusa passata da ciascuna navicella spaziale a quattro mesi di distanza. Queste misurazioni hanno permesso agli scienziati di calcolare la pressione totale nell'elioguaina, così come la velocità del suono nella regione. Credito:Goddard Space Flight Center della NASA/Mary Pat Hrybyk-Keith
Gli scienziati hanno utilizzato un evento noto come regione di interazione globale unita, che è causato dall'attività del Sole. Il Sole periodicamente divampa e rilascia enormi esplosioni di particelle, come nelle espulsioni di massa coronale. Mentre una serie di questi eventi viaggia nello spazio, possono fondersi in un gigantesco fronte, creando un'onda di plasma spinta da campi magnetici.
Quando una di queste onde ha raggiunto l'elioguaina nel 2012, è stato individuato da Voyager 2. L'onda ha causato una temporanea diminuzione del numero di raggi cosmici galattici. Quattro mesi dopo, gli scienziati hanno visto una diminuzione simile nelle osservazioni da Voyager 1, appena oltre il confine del sistema solare nello spazio interstellare.
Conoscere la distanza tra i veicoli spaziali ha permesso loro di calcolare la pressione nell'elioguaina e la velocità del suono. Nell'elioguaina il suono viaggia a circa 300 chilometri al secondo, mille volte più veloce di quanto si muova nell'aria.
Gli scienziati hanno notato che il cambiamento nei raggi cosmici galattici non era esattamente identico su entrambi i veicoli spaziali. A Voyager 2 all'interno dell'elioguaina, il numero di raggi cosmici è diminuito in tutte le direzioni intorno al veicolo spaziale. Ma su Voyager 1, fuori dal sistema solare, solo i raggi cosmici galattici che viaggiavano perpendicolarmente al campo magnetico nella regione diminuirono. Questa asimmetria suggerisce che succede qualcosa mentre l'onda si trasmette attraverso i confini del sistema solare.
"Cercare di capire perché il cambiamento nei raggi cosmici è diverso all'interno e all'esterno dell'elioguaina rimane una questione aperta, " ha detto Rankin.
Lo studio della pressione e della velocità del suono in questa regione al confine del sistema solare può aiutare gli scienziati a capire come il Sole influenza lo spazio interstellare. Questo non solo ci informa sul nostro sistema solare, ma anche sulle dinamiche intorno ad altre stelle e sistemi planetari.
