È così che appare l'eliosfera? Lo suggerisce una nuova ricerca. La dimensione e la forma del "campo di forza" magnetico che protegge il nostro sistema solare dai letali raggi cosmici è stata a lungo dibattuta dagli astrofisici. Credito:Opher, et. al
Stai vivendo in una bolla. Non una bolla metaforica, una vera, bolla letterale. Ma non preoccuparti, non sei solo tu. L'intero pianeta, e ogni altro pianeta del sistema solare, per questo motivo, è anche nella bolla. E, potremmo semplicemente doverci la nostra stessa esistenza.
I fisici spaziali chiamano questa bolla l'eliosfera. È una regione vasta, estendendosi più del doppio fino a Plutone, che proietta un "campo di forza" magnetico attorno a tutti i pianeti, deviando particelle cariche che altrimenti entrerebbero nel sistema solare e lacerano persino il tuo DNA, se dovessi essere abbastanza sfortunato da intralciarli.
L'eliosfera deve la sua esistenza all'interazione di particelle cariche che fuoriescono dal sole (il cosiddetto "vento solare") e particelle provenienti dall'esterno del sistema solare. Anche se pensiamo che lo spazio tra le stelle sia perfettamente vuoto, in realtà è occupato da un sottile brodo di polvere e gas di altre stelle:stelle viventi, stelle morte, e stelle non ancora nate. Media in tutta la galassia, ogni volume di spazio delle dimensioni di una zolletta di zucchero contiene solo un singolo atomo, e l'area intorno al nostro sistema solare è ancora meno densa.
Il vento solare spinge costantemente contro questa roba interstellare. Ma più ti allontani dal sole, più debole diventa quella spinta. Dopo decine di miliardi di miglia, la roba interstellare inizia a respingere. L'eliosfera finisce dove le due spinte si bilanciano. Ma dov'è questo confine, Esattamente, e che aspetto ha?
Merav Opher, professore di astronomia al College of Arts &Sciences della Boston University e al Center for Space Physics, ha esaminato queste domande per quasi 20 anni. E ultimamente, le sue risposte hanno suscitato scalpore.
Poiché il nostro intero sistema solare è in movimento attraverso lo spazio interstellare, l'eliosfera, nonostante il nome, non è in realtà una sfera. I fisici spaziali hanno a lungo paragonato la sua forma a una cometa, con un "naso" rotondo da un lato e una lunga coda che si estende nella direzione opposta. Cerca nel web immagini dell'eliosfera, e questa è l'immagine che sicuramente troverai.
Ma nel 2015 utilizzando un nuovo modello al computer e i dati della navicella spaziale Voyager 1, Opher e il suo coautore James Drake dell'Università del Maryland sono giunti a una conclusione diversa:hanno proposto che l'eliosfera abbia in realtà la forma di una mezzaluna, non diversamente da un croissant appena sfornato, infatti. In questo modello "croissant", due getti si estendono a valle dal naso piuttosto che una singola coda che scompare. "Questo ha dato il via alla conversazione sulla struttura globale dell'eliosfera, "dice Ofer.
Il suo non è stato il primo articolo a suggerire che l'eliosfera fosse qualcosa di diverso dalla forma di una cometa, lei sottolinea, ma ha dato fuoco a un dibattito di nuova energia. "Era molto controverso, " lei dice. "Sono stato picchiato ad ogni conferenza! Ma ho tenuto duro".
Quindi, due anni dopo l'inizio del dibattito sul "croissant", letture dalla sonda Cassini, che ha orbitato intorno a Saturno dal 2004 al 2017, suggeriva un'altra visione dell'eliosfera. Cronometrando le particelle che echeggiano al di fuori del confine dell'eliosfera e correlandole con gli ioni misurati dalla navicella spaziale gemella Voyager, Gli scienziati di Cassini hanno concluso che l'eliosfera è in realtà quasi rotonda e simmetrica:né una cometa né un croissant, ma più come un pallone da spiaggia. Il loro risultato è stato controverso quanto il croissant. "Non accetti facilmente quel tipo di cambiamento, "dice Tom Krimigis, che ha condotto esperimenti sia su Cassini che su Voyager. "L'intera comunità scientifica che lavora in quest'area aveva ipotizzato per oltre 55 anni che l'eliosfera avesse una coda di cometa".
Ora, Ofer, Drake, e i colleghi Avi Loeb dell'Università di Harvard e Gabor Toth dell'Università del Michigan hanno ideato un nuovo modello tridimensionale dell'eliosfera che potrebbe conciliare il "croissant" con il pallone da spiaggia. Il loro lavoro è stato pubblicato in Astronomia della natura il 16 marzo.
A differenza della maggior parte dei modelli precedenti, che presumeva che le particelle cariche all'interno del sistema solare si librassero tutte intorno alla stessa temperatura media, il nuovo modello suddivide le particelle in due gruppi. Innanzitutto ci sono particelle cariche provenienti direttamente dal vento solare. In secondo luogo ci sono quelli che i fisici spaziali chiamano ioni "pickup". Queste sono particelle che sono andate alla deriva nel sistema solare in una forma elettricamente neutra, perché non sono deviate dai campi magnetici, le particelle neutre possono "entrare proprio dentro, " dice Opher, ma poi i loro elettroni sono stati eliminati.
La navicella spaziale New Horizons, che ora sta esplorando lo spazio oltre Plutone, ha rivelato che queste particelle diventano centinaia o migliaia di volte più calde dei normali ioni del vento solare poiché vengono trasportate dal vento solare e accelerate dal suo campo elettrico. Ma è stato solo modellando la temperatura, densità e velocità dei due gruppi di particelle separatamente che i ricercatori hanno scoperto la loro influenza smisurata sulla forma dell'eliosfera.
quella forma, secondo il nuovo modello, in realtà divide la differenza tra un croissant e una sfera. Chiamalo un pallone da spiaggia sgonfio, o un cornetto bulboso:in ogni caso, sembra essere qualcosa su cui sia il team di Opher che i ricercatori di Cassini possono essere d'accordo.
Il nuovo modello sembra molto diverso dal classico modello di cometa. Ma i due potrebbero in realtà essere più simili di quanto sembri, dice Ofer, a seconda di come si definisce esattamente il bordo dell'eliosfera. Pensa a trasformare una foto in scala di grigi in bianco e nero:l'immagine finale dipende molto dalla tonalità di grigio che scegli come linea di demarcazione tra bianco e nero.
Allora perché preoccuparsi della forma dell'eliosfera, comunque? I ricercatori che studiano gli esopianeti, i pianeti intorno ad altre stelle, sono molto interessati a confrontare la nostra eliosfera con quelle intorno ad altre stelle. Il vento solare e l'eliosfera potrebbero essere ingredienti chiave nella ricetta della vita? "Se vogliamo capire il nostro ambiente faremmo meglio a capire fino in fondo questa eliosfera, "dice Loeb, Collaboratore di Opher da Harvard.
E poi c'è la questione di quelle particelle interstellari che distruggono il DNA. I ricercatori stanno ancora lavorando su cosa, Esattamente, significano per la vita sulla Terra e su altri pianeti. Alcuni pensano che in realtà avrebbero potuto aiutare a guidare le mutazioni genetiche che hanno portato alla vita come noi, dice Loeb. "Alla giusta quantità, introducono cambiamenti, mutazioni che consentono a un organismo di evolversi e diventare più complesso, " dice. Ma la dose fa il veleno, come dice il proverbio. "C'è sempre un delicato equilibrio quando si ha a che fare con la vita come la conosciamo. Troppo di una cosa buona è una cosa cattiva, "dice Loeb.
Quando si tratta di dati, anche se, raramente c'è troppo di una buona cosa. E mentre i modelli sembrano convergere, sono ancora limitati dalla scarsità di dati dai confini esterni del sistema solare. Ecco perché ricercatori come Opher sperano di stimolare la NASA a lanciare una sonda interstellare di prossima generazione che taglierà un percorso attraverso l'eliosfera e rileverà direttamente gli ioni di raccolta vicino alla periferia dell'eliosfera. Finora, solo le astronavi Voyager 1 e Voyager 2 hanno superato quel confine, e hanno lanciato più di 40 anni fa, portando strumenti di un'epoca più antica che sono stati progettati per fare un lavoro diverso. I sostenitori della missione con sede presso il Laboratorio di fisica applicata della Johns Hopkins University affermano che una nuova sonda potrebbe essere lanciata negli anni 2030 e iniziare a esplorare il confine dell'eliosfera 10 o 15 anni dopo.
"Con la sonda interstellare speriamo di risolvere almeno alcuni degli innumerevoli misteri che i Voyager hanno iniziato a svelare, " dice Opher. E quello, lei pensa, vale la pena aspettare.
