Il nostro angolo di universo, il sistema solare, è annidato all'interno della galassia della Via Lattea, sede di oltre 100 miliardi di stelle. Il sistema solare è racchiuso in una bolla chiamata eliosfera, che ci separa dalla vasta galassia al di là e da alcune delle sue dure radiazioni spaziali.

Siamo protetti da quella radiazione dall'eliosfera, che a sua volta è creato da un'altra fonte di radiazione:il sole. Il sole emette costantemente particelle cariche, chiamato il vento solare, dalla sua superficie. Il vento solare si proietta a circa quattro volte la distanza di Nettuno, portando con sé il campo magnetico del sole.

"I campi magnetici tendono a spingersi l'uno contro l'altro, ma non mescolare, "ha detto Eric Christian, uno scienziato capo della ricerca sull'eliosfera presso il Goddard Space Flight Center della NASA a Greenbelt, Maryland. "All'interno della bolla dell'eliosfera ci sono praticamente tutte le particelle e i campi magnetici del sole. All'esterno ci sono quelle della galassia."

Per capire l'eliosfera, inizia rompendo la parola, suggerisce David McComas, professore di scienze astrofisiche alla Princeton University nel New Jersey. "Eliosfera" è la combinazione di due parole:"Helios, "la parola greca per il sole, e "sfera, "un'ampia regione di influenza (sebbene, per essere chiari, gli scienziati non sono sicuri della forma esatta dell'eliosfera).

L'eliosfera è stata scoperta alla fine degli anni '50, e molte domande su di esso rimangono. Mentre gli scienziati studiano l'eliosfera, imparano di più su come riduce l'esposizione di astronauti e veicoli spaziali alle radiazioni e, più in generale, come le stelle possono influenzare i loro pianeti vicini.

Un pallone nello spazio

Alcune radiazioni ci circondano ogni giorno. Quando prendiamo il sole, ci stiamo crogiolando nelle radiazioni del sole. Usiamo le radiazioni per riscaldare gli avanzi nei forni a microonde della nostra cucina e ci affidiamo ad esse per l'imaging medico.

Radiazione spaziale, però, è più simile alla radiazione rilasciata da elementi radioattivi come l'uranio. La radiazione spaziale che ci arriva da altre stelle è chiamata radiazione cosmica galattica (GCR). Aree attive nella galassia, come le supernove, buchi neri, e stelle di neutroni:possono strappare gli elettroni agli atomi e accelerare i nuclei quasi alla velocità della luce, produzione di GCR.

Sulla terra, abbiamo tre strati di protezione dalle radiazioni spaziali. Il primo è l'eliosfera, che aiuta a impedire a GCR di raggiungere i principali pianeti del sistema solare. Inoltre, Il campo magnetico terrestre produce uno scudo chiamato magnetosfera, che tiene il GCR lontano dalla Terra e dai satelliti in orbita bassa come la Stazione Spaziale Internazionale. Finalmente, i gas dell'atmosfera terrestre assorbono le radiazioni.

Quando gli astronauti si dirigono sulla luna o su Marte, non avranno la stessa protezione che abbiamo sulla Terra. Avranno solo la protezione dell'eliosfera, che fluttua di dimensioni durante il ciclo di 11 anni del sole.

In ogni ciclo solare, il sole attraversa periodi di intensa attività e potenti venti solari, e periodi più tranquilli. Come un palloncino, quando il vento si calma, l'eliosfera si sgonfia. Quando riprende, l'eliosfera si espande.

"L'effetto che l'eliosfera ha sui raggi cosmici consente missioni esplorative umane di maggiore durata. In un certo senso, permette all'uomo di raggiungere Marte, "ha detto Arik Posner, un eliofisico presso la sede della NASA a Washington, D.C. "La sfida per noi è comprendere meglio l'interazione dei raggi cosmici con l'eliosfera e i suoi confini."

Anatomia dell'eliosfera

C'è qualche dibattito sulla forma precisa dell'eliosfera. Però, gli scienziati concordano sul fatto che ha diversi strati. Diamo un'occhiata agli strati dall'interno verso l'esterno:

• Shock di terminazione:tutti i principali pianeti del nostro sistema solare si trovano nello strato più interno dell'eliosfera. Qui, il vento solare emana dal sole a tutta velocità, circa un milione di miglia all'ora, per miliardi di miglia, non risente della pressione della galassia. Il confine esterno di questo strato centrale è chiamato shock di terminazione.
• Heliosheath:oltre lo shock di terminazione c'è l'eliosheath. Qui, il vento solare si muove più lentamente e devia mentre affronta la pressione del mezzo interstellare all'esterno.
• Eliopausa:L'eliopausa segna l'acuto, confine plasmatico finale tra il sole e il resto della galassia. Qui, i campi magnetici dei venti solare e interstellare si spingono l'uno contro l'altro, e le pressioni interne ed esterne sono in equilibrio.
• Heliosheath esterno:la regione appena oltre l'eliopausa, che è ancora influenzato dalla presenza dell'eliosfera, prende il nome di elioguaina esterna.

Come studiamo i confini esterni dell'eliosfera

Molte missioni della NASA studiano il sole e le parti più interne dell'eliosfera. Ma solo due oggetti creati dall'uomo hanno attraversato il confine del sistema solare ed sono entrati nello spazio interstellare.

Nel 1977, La NASA ha lanciato Voyager 1 e Voyager 2. Ogni navicella spaziale è dotata di strumenti per misurare i campi magnetici e le particelle che attraversa direttamente. Dopo aver superato i pianeti esterni in un grande tour, sono usciti dall'eliopausa rispettivamente nel 2012 e nel 2018 e sono attualmente nell'elioguaina esterna. Hanno scoperto che i raggi cosmici sono circa tre volte più intensi al di fuori dell'eliopausa che nelle profondità dell'eliosfera.

Però, l'immagine dipinta dai Voyager è incompleta.

"Cercando di capire l'intera eliosfera da due punti, Viaggiatore 1 e 2, è come cercare di determinare il tempo in tutto l'Oceano Pacifico usando due stazioni meteorologiche, " ha detto Cristiano.

I Voyager lavorano con l'Interstellar Boundary Explorer (IBEX) per studiare l'eliosfera. IBEX è un 176 libbre, satellite delle dimensioni di una valigia lanciato dalla NASA nel 2008. Da allora, IBEX ha orbitato attorno alla Terra, dotato di telescopi che osservano il confine esterno dell'eliosfera. IBEX cattura e analizza una classe di particelle chiamate atomi neutri energetici, o ENA, che incrociano il suo cammino. Le ENA si formano dove si incontrano il mezzo interstellare e il vento solare. Alcuni ENA tornano indietro verso il centro del sistema solare e IBEX.

"Ogni volta che raccogli uno di quegli ENA, sai da che direzione è venuto, " disse McComas, Investigatore principale di IBEX. "Raccogliendo molti di quei singoli atomi, sei in grado di creare questa immagine al rovescio della nostra eliosfera."

Nel 2025, La NASA lancerà l'Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP). Le telecamere ENA di IMAP hanno una risoluzione più elevata e più sensibili di quelle IBEX.

I misteri abbondano

Nel 2009, IBEX ha restituito una scoperta così scioccante che i ricercatori inizialmente si sono chiesti se lo strumento potesse aver funzionato male. Quella scoperta divenne nota come il nastro IBEX, una fascia nel cielo in cui le emissioni ENA sono due o tre volte più luminose del resto del cielo.

"Il Fiocco era del tutto inaspettato e non previsto da alcuna teoria prima che volessi la missione, " ha detto McComas. Non è ancora del tutto chiaro cosa lo causi, ma è un chiaro esempio dei misteri dell'eliosfera che restano da scoprire.

"Il nostro sole è una stella come miliardi di altre stelle nell'universo. Alcune di quelle stelle hanno anche astrosfere, come l'eliosfera, ma questa è l'unica astrosfera in cui siamo realmente dentro e che possiamo studiare da vicino, "ha detto Justyna Sokol, un ricercatore presso il Southwest Research Institute di San Antonio, Texas. "Dobbiamo iniziare dal nostro vicinato per imparare molto di più sul resto dell'universo".