В РАН выяснили, как межзвездная пыль проникает через границы Солнечной системы
Российские ученые с помощью компьютерного моделирования выяснили, что свойства плазмы на границах гелиосферы помогают межзвездной пыли продвигаться ближе к Солнцу. Новый метод позволил пролить свет на свойства материи за пределами Солнечной системы.
Солнце и все планеты вокруг него перемещаются со скоростью около 26,4 км/с. При этом от светила постоянно исходит сверхзвуковой поток плазмы, который называется солнечным ветром, его скорость составляет от 300 до 700 км/с. В более разреженной межзвездной плазме образуется гелиосфера — область пространства, заполненная плазмой.
Между гелиосферой и межзвездной средой есть несколько границ. Первая из них — гелиосферная ударная волна, где скорость солнечного ветра снижается от сверхзвуковой до дозвуковой. Затем находится область внутреннего гелиосферного ударного слоя, которая завершается на второй границе — гелиопаузе. Она отделяет солнечную плазму от межзвездной. Далее идет область дозвукового течения межзвездной среды или внешний гелиосферный ударный слой. Некоторые ученые считают, что после нее следует третья граница — головная ударная волна, однако ее существование пока не доказано.
Область между ударными волнами известна как гелиосферный ударный слой. В этом месте происходит непосредственный контакт солнечного ветра с межзвездной средой. Характер этого взаимодействия определяется свойствами двух сред: значениями и направлениями электромагнитных полей, температурой и скоростью плазмы, а также другими параметрами.
Через обозначенные границы внутрь гелиосферы могут проникать как крупные объекты — кометы или астероиды, так и более мелкие частицы межзвездного вещества и космическая пыль размером от нескольких нанометров до нескольких микрометров. Космическая пыль несет положительный заряд и взаимодействует с электромагнитными полями гелиосферного ударного слоя. Именно они определяют, сможет ли пыль проникнуть внутрь гелиосферы и где она окажется позже. Таким образом, изучение космической пыли внутри Солнечной системы позволяет делать выводы о процессах, происходящих на ее границах. Понимание этого необходимо для определения различных физических явлений, непосредственно связанных с формированием планет и, вероятно, возникновением жизни.
Межзвездную пыль с 1990 по 2008 год изучал европейско-американский космический аппарат «Улисс». На основе его наблюдений исследователи ранее создавали первые модели прохождения частиц через гелиосферный ударный слой, однако полноценно сделать этого не удавалось.
Российские исследователи Егор Годенко и Владислав Измоденов из Института космических исследований (ИКИ) РАН с помощью новой кинетической модели смогли впервые одновременно рассмотреть эффекты гелиосферного ударного слоя и изменчивость гелиосферного магнитного поля внутри Солнечной системы.
Они изучили, каким образом частицы межзвездной пыли попадают в область, близкую к Солнцу, после чего сопоставили результаты с другим сценарием, во время которого не принималось во внимание воздействие гелиосферного ударного слоя.
Анализ показал, что гелиосферный ударный слой, вопреки ожиданиям, не является барьером для мелких частиц с радиусом от 150 до 250 нм. Такие частицы, предположительно, состоят из силикатов и могут проникать лишь на небольшие расстояния от Солнца — от 1 до 5 а.е. Ранее считалось, что этот слой выполняет функцию фильтра, задерживая мелкие частицы. В то же время из моделирования следует, что на крупные частицы пыли с радиусом более 500 нм гелиосферный ударный слой воздействует незначительно — они свободно проходят через любые границы.
С помощью модели ученые также воссоздали распределение межзвездной пыли в период с 2004 по 2005 год в плоскости, которая проходит через центр Солнечной системы и находится в непосредственной близости от орбиты космического аппарата «Улисс». Были рассмотрены два сценария: с учетом параметров гелиосферного ударного слоя и без него.
Они получили два кардинально разных изображения, на которых цветом обозначена концентрация межзвездной пыли. Если объединить каждое из них с траекторией зонда, можно увидеть, что «Улисс» проходил через зону с высокой концентрацией межзвездной пыли в варианте, который учитывает влияние гелиосферного ударного слоя. В то же время в другой модели в этой области наблюдается гораздо меньше частиц.
Проведенное моделирование доказывает влияние гелиосферного ударного слоя, а также говорит о том, что изучение характеристик межзвездной пыли в непосредственной близости от Земли позволяет делать выводы о процессах, происходящих на «окраинах» Солнечной системы и даже в межзвездной среде.
