Исследование области межзвездного пространства, сквозь которое движется наша Солнечная система, является весьма непростой задачей для учёных. Межзвездное пространство начинается за пределами гелиосферы — пузыря заряженных частиц, окружающих Солнце – которая выходит далеко за рамки внешних планет. Космический зонд «Voyager 1» ещё в июне 2012 года достиг межзвездного пространства, тем не менее, очень сложно воссоздать глобальную картину той среды по однонаправленным измерениям.
Данные космических аппаратов, полученные за последние пять лет, позволили воссоздать самую точную на сегодняшний день картину магнитной системы, окружающей Землю. Однако в тоже время это привело к множеству новых вопросов. Учёные бросили вызов современным представлениям о магнитной системе в новом исследовании, которое сочетает в себе широкомасштабные наблюдения за энергетическими космическими частицами, поступающими в Млечный Путь извне, а также анализ данных американского научно-исследовательского спутника Interstellar Boundary Explorer (IBEX).
Многочисленные наборы данных позволили установить, что магнитное поле почти перпендикулярно движению нашей Солнечной системы через галактику Млечный Путь. К тому же исследования межзвездного пространства позволили пролить свет на наше «космическое соседство», а также выяснить, почему к Земле с одной стороны Солнца поступает больше высокоэнергетических космических лучей, нежели с другой. Результаты исследования были опубликованы 13 февраля 2014 года в журнале Science Express.
По словам Nathan Schwadron из University of New Hampshire in Durham и ведущего автора научной публикации, ещё полвека тому назад учёные только начинали исследовать солнечный ветер и изучать природу того, что находится вне околоземного пространства. Учёный отмечает, что 21 век – век новых научных открытий, именно поэтому исследователи пытаются понять физику за пределами гелиосферы.
Гелиосфера представляет собой область околосолнечного пространства, в которой поток частиц, исходящих от солнечного ветра движется от Солнца в различных направлениях, позволяя тем самым компенсировать давление от межзвездного ветра. Единственная информация об этой «пограничной области» была собрана в рамках миссии NASA «Voyager». «Voyager 1» вошёл в гелиопаузу в 2004 году, а покинул её спустя 8 лет.
Спутник IBEX, который находиься на орбите Земли, изучает эти области издалека. Космический аппарат идентифицирует энергетически нейтральные атомы, формирующиеся в результате взаимодействия на границе гелиосферы — области, которая содержит ключ к разгадке того, что находиться за её пределами. Эти взаимодействия во власти электромагнитных сил. Поступающие от галактик потоки состоят из отрицательно зараженных электронов (ионов), нейтральных частиц и пыли. Заряженные частицы вынуждены «путешествовать» вдоль силовых линий магнитного поля. Иногда заряженные частицы сталкиваются с нейтральными атомами на окраине гелиосферы, «захватывая» их электроны. После «кражи» электронов, заряженные частицы становятся электрически нейтральными и ускоряются, приобретая траекторию в виде прямой линии. Некоторые из этих быстрых нейтральных частиц проникают в Солнечную систему и достигают датчиков IBEX. В зависимости от скорости и направления этих нейтральных частиц, учёные могут устанавливать характеристики атомов и магнитных силовых линий, участвующих в первоначальных столкновениях.
В 2009 году учёные IBEX представили результаты исследований, согласно которым нейтральные атомы распределяются неравномерно.
Исследователи начал задаваться вопросом, действительно ли космические лучи распределены равномерно. Учёные довольно часто проводят исследования космических лучей – частиц, поступающих от остальной части галактики со скоростью в 99% скорости света. Они установили, что с одной части гелиосферы их поступает больше, нежели с другой. Анализ источников и траектории космических лучей проводить крайне сложно, потому что лучи движутся по спирали вокруг линий магнитного поля и внутри, и снаружи нашей гелиосферы до момента столкновения с другими частицами в атмосфере Земли, в результате чего формируются так называемые «вторичные» частицы.
Дабы убедиться, что данные IBEX имеют непосредственное отношение к космическим лучам, Nathan Schwadron, используя данные спутника, создал компьютерную модель примерного межпланетного магнитного поля вокруг гелиосферы. Без гелиосферы, силовые линии будут прямыми и параллельными.
По словам Schwadron, гелиосфера частично похожа на куринное яйцо, которое опоясывают силовые линии магнитного поля. В результате такой специфической формы, линии вынуждены искажаться.
При помощи созданной модели, учёный смоделировал, как гелиосфера влияет на космические лучи. Он предполагал, что лучи входят в гелиосферу равномерно со всех сторон и только потом деформируются за счет локальной магнитной геометрии. Тем не менее моделирования показало неоднородное распределение космических лучей.
По словам Nick Pogorelov из University of Alabama in Huntsville, который занимается анализом данных IBEX, это исследование значимо влияет на теоретические представления о гелиосфере, убеждая в том, что гелиопауза, которая является границей между межзвездным и солнечным ветром, довольна длинная, возможно, 3,2 трлн. км в подветренном направлении и поэтому может затрагивать «транспортировку» высокоэнергетических космических лучей к Солнечной системе.
К огромному сожалению, это никоем образом не доказывает, что только гелиосфера и межзвездное магнитное поле ответственны за тайну космических лучей.
