Gli scienziati hanno sviluppato una nuova previsione della forma della bolla che circonda il nostro sistema solare utilizzando un modello sviluppato con i dati delle missioni della NASA.

Tutti i pianeti del nostro sistema solare sono racchiusi in una bolla magnetica, scavato nello spazio dal materiale in costante deflusso del Sole, il vento solare. Al di fuori di questa bolla c'è il mezzo interstellare, il gas ionizzato e il campo magnetico che riempiono lo spazio tra i sistemi stellari nella nostra galassia. Una domanda a cui gli scienziati hanno cercato di rispondere per anni è sulla forma di questa bolla, che viaggia nello spazio mentre il nostro Sole orbita attorno al centro della nostra galassia. Tradizionalmente, gli scienziati hanno pensato all'eliosfera come una forma di cometa, con bordo arrotondato, chiamato naso, e una lunga coda che si trascina dietro.

Ricerca pubblicata in Astronomia della natura a marzo e presente sulla copertina del giornale di luglio offre una forma alternativa che manca di questa lunga coda:il croissant sgonfio.

La forma dell'eliosfera è difficile da misurare dall'interno. Il bordo più vicino dell'eliosfera è a più di dieci miliardi di miglia dalla Terra. Solo le due navicelle Voyager hanno misurato direttamente questa regione, lasciandoci solo due punti di dati veritieri sulla forma dell'eliosfera.

Da vicino alla Terra, studiamo il nostro confine con lo spazio interstellare catturando e osservando le particelle che volano verso la Terra. Questo include particelle cariche che provengono da parti lontane della galassia, chiamati raggi cosmici galattici, insieme a quelli che erano già nel nostro sistema solare, viaggio verso l'eliopausa, e vengono rimbalzati verso la Terra attraverso una complessa serie di processi elettromagnetici. Questi sono chiamati atomi neutri energetici, e poiché sono creati interagendo con il mezzo interstellare, agiscono come un utile proxy per la mappatura del bordo dell'eliosfera. Ecco come l'Interstellar Boundary Explorer della NASA, o IBEX, missione studia l'eliosfera, facendo uso di queste particelle come una sorta di radar, tracciando il confine del nostro sistema solare con lo spazio interstellare.

Per dare un senso a questi dati complessi, gli scienziati utilizzano modelli informatici per trasformare questi dati in una previsione delle caratteristiche dell'eliosfera. Merav Opher, autore principale della nuova ricerca, dirige un DRIVE Science Center finanziato dalla NASA e dalla NSF presso la Boston University focalizzato sulla sfida.

Quest'ultima iterazione del modello di Opher utilizza i dati delle missioni di scienze planetarie della NASA per caratterizzare il comportamento del materiale nello spazio che riempie la bolla dell'eliosfera e ottenere un'altra prospettiva sui suoi confini. La missione Cassini della NASA trasportava uno strumento, progettato per studiare le particelle intrappolate nel campo magnetico di Saturno, che ha anche fatto osservazioni di particelle che rimbalzavano verso il sistema solare interno. Queste misurazioni sono simili a quelle di IBEX, ma forniscono una prospettiva distinta sul confine dell'eliosfera.

Inoltre, La missione New Horizons della NASA ha fornito misurazioni di ioni pick-up, particelle che vengono ionizzate nello spazio e vengono raccolte e si muovono insieme al vento solare. A causa delle loro origini distinte dalle particelle del vento solare che fuoriescono dal Sole, gli ioni captatori sono molto più caldi di altre particelle del vento solare, ed è questo il fatto su cui si basa il lavoro di Opher.

"Ci sono due fluidi mescolati insieme. Hai un componente molto freddo e un componente molto più caldo, gli ioni di raccolta, " disse Ofer, professore di astronomia alla Boston University. "Se hai un liquido freddo e un liquido caldo, e li metti nello spazio, non si mescoleranno:si evolveranno principalmente separatamente. Quello che abbiamo fatto è stato separare queste due componenti del vento solare e modellare la risultante forma 3-D dell'eliosfera".

Considerando separatamente i componenti del vento solare, combinato con il precedente lavoro di Opher che utilizzava il campo magnetico solare come forza dominante nel plasmare l'eliosfera, ha creato una forma di croissant sgonfio, con due getti che si allontanano dalla parte bulbosa centrale dell'eliosfera, e in particolare manca la lunga coda prevista da molti scienziati.

"Poiché gli ioni pick-up dominano la termodinamica, tutto è molto sferico. Ma poiché lasciano il sistema molto rapidamente oltre lo shock di terminazione, l'intera eliosfera si sgonfia, " disse Ofer.

La forma del nostro scudo

La forma dell'eliosfera è più di una questione di curiosità accademica:l'eliosfera funge da scudo del nostro sistema solare contro il resto della galassia.

Eventi energetici in altri sistemi stellari, come una supernova, può accelerare le particelle quasi alla velocità della luce. Queste particelle si lanciano in tutte le direzioni, anche nel nostro sistema solare. Ma l'eliosfera funge da scudo:assorbe circa tre quarti di queste particelle tremendamente energetiche, chiamati raggi cosmici galattici, che si farebbe strada nel nostro sistema solare.

Quelli che ce la fanno possono provocare il caos. Siamo protetti sulla Terra dal campo magnetico e dall'atmosfera del nostro pianeta, ma la tecnologia e gli astronauti nello spazio o su altri mondi sono esposti. Sia l'elettronica che le cellule umane possono essere danneggiate dagli effetti dei raggi cosmici galattici e poiché i raggi cosmici galattici trasportano così tanta energia, sono difficili da bloccare in modo pratico per i viaggi nello spazio. L'eliosfera è la principale difesa dei viaggiatori spaziali contro i raggi cosmici galattici, quindi comprendere la sua forma e come ciò influenzi la velocità dei raggi cosmici galattici che colpiscono il nostro sistema solare è una considerazione chiave per la pianificazione dell'esplorazione spaziale umana e robotica.

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Anche la forma dell'eliosfera fa parte del puzzle per cercare la vita su altri mondi. Le radiazioni dannose dei raggi cosmici galattici possono rendere un mondo inabitabile, un destino evitato nel nostro sistema solare a causa del nostro forte scudo celeste. Man mano che apprendiamo di più su come la nostra eliosfera protegge il nostro sistema solare e su come tale protezione possa essere cambiata nel corso della storia del sistema solare, possiamo cercare altri sistemi stellari che potrebbero avere una protezione simile. E parte di questo è la forma:i nostri sosia eliosferici sono forme di comete dalla coda lunga, croissant sgonfi, o qualcos'altro completamente?

Qualunque sia la vera forma dell'eliosfera, un'imminente missione della NASA sarà un vantaggio per svelare queste domande:la sonda di mappatura e accelerazione interstellare, o IMAP.

IMAP, previsto per il lancio nel 2024, mapperà le particelle che rifluiscono sulla Terra dai confini dell'eliosfera. IMAP si baserà sulle tecniche e sulle scoperte della missione IBEX per gettare nuova luce sulla natura dell'eliosfera, spazio interstellare, e come i raggi cosmici galattici si fanno strada nel nostro sistema solare.

Il DRIVE Science Center di Opher mira a creare un modello verificabile dell'eliosfera in tempo per il lancio di IMAP. Le loro previsioni sulla forma e su altre caratteristiche dell'eliosfera, e su come ciò si rifletterebbe nelle particelle che rifluiscono dal confine, fornirebbero agli scienziati una base da confrontare con i dati dell'IMAP.