Heliosfæren: Solens boble i rummet — definition, struktur og grænser

Opdag heliosfæren: Solens enorme boble skabt af solvinden — definition, struktur og grænser inkl. termineringsstødet, heliopausen og bue‑støddet.

Heliosfæren er en boble i rummet, som solvinden "blæser" ind i det interstellare medium (den brint- og heliumgas, der fylder galaksen). Selv om elektrisk neutrale atomer fra det interstellare rum kan passere gennem denne boble, kommer næsten alt materialet i heliosfæren fra selve Solen.

På de første ti milliarder kilometer af sin radius bevæger solvinden sig med over en million kilometer i timen. Når den begynder at falde ud med det interstellare medium, bliver den langsommere, før den til sidst stopper helt. Det punkt, hvor solvinden bremses, er termineringsstøddet; det punkt, hvor trykket i det interstellare medium og solvinden balancerer, kaldes heliopausen; det punkt, hvor det interstellare medium, der bevæger sig i den modsatte retning, bremses, når det støder ind i heliosfæren, er bue-støddet.

Struktur og lag

Heliosfæren består af flere lag med forskellig fysik:

• Indre heliosfære — området inderst, hvor solvinden er supersonisk (hurtigere end lyd i den lokale plasma) og styres af solens magnetfelt.
• Termineringstøddet — den randsone, hvor solvindens strøm bremses fra supersonisk til subsonisk hastighed; her dannes en stødbølge og partikler kan accelereres.
• Helioskallet (heliosheath) — det subsoniske område uden for termineringen, fyldt med opvarmet og turbulenspræget plasma.
• Heliopausen — den ydre grænse, hvor solvindens tryk og det omgivende interstellare tryk omtrent er i balance; uden for denne grænse dominerer det lokale interstellare medium.
• Eventuelt bue-stød (bow shock eller bow wave) — hvis den relative hastighed mellem stjernen og det interstellare medium er stor nok, kan der dannes en bølge eller et shock foran heliosfæren. Observationer fra rumsonder tyder dog på, at for Solen er der snarere tale om en svag "bow wave" end et kraftigt bue-stød.

Skala og variation

Størrelsen af heliosfæren måles ofte i astronomiske enheder (1 AU ≈ 150 millioner km). Grænserne varierer med Solens aktivitet og med tætheden og hastigheden af det lokale interstellare medium. For eksempel krydsede Voyager 1 termineringsstøddet omkring 94 AU i 2004 og senere heliopausen omkring 121 AU i 2012; Voyager 2 målte andre afstande, idet heliosfærens form ikke er perfekt symmetrisk. Disse krydsninger viste også, at størrelsen og formen af heliosfæren ændrer sig over tid.

Fysiske processer

I heliosfæren foregår en række vigtige processer:

• Solvindens plasma og magnetfelt binder sig til hinanden og danner den heliosfæriske magnetosfære og den såkaldte heliosfæriske strømplade.
• Partikler kan blive accelereret ved termineringstøddet, hvilket bidrager til de energirige partikler vi måler i nærområdet.
• Elektrisk neutrale atomer fra det interstellare medium kan trænge ind i heliosfæren og ved charge exchange-processer omdannes til energirige neutrale atomer (ENAs), som kan anvendes til at lave hele billedkort af heliosfæren.
• Heliosfæren beskytter planetsystemet mod en del af de galaktiske kosmiske stråler; når Solen er aktiv, øges dette skjoldets effektivitet.

Hvordan ved vi det?

Vores viden kommer både fra rumsonder og fjernobservationer:

• Rumsonder som Voyager 1 og 2, Ulysses, Cassini og New Horizons har givet direkte målinger af partikler, magnetfelt og plasma i forskellige dele af heliosfæren.
• IBEX (Interstellar Boundary Explorer) har kortlagt heliosfærens grænser indirekte ved at måle Energetic Neutral Atoms (ENAs) og fandt blandt andet en overraskende "ribbon" — et bånd af øget ENA-intensitet.
• Modeller og numeriske simuleringer kombineret med observationer hjælper med at forstå heliosfærens dynamik og dens interaktion med det lokale interstellare miljø.

Betydning

Heliosfæren har stor betydning for både grundforskning og praktiske forhold:

• Den bestemmer i høj grad den strålingsbaggrund, som rumfartøjer og astronauter udsættes for, og dermed er den central for rumvejr- og astronautikkerhed.
• Studier af heliosfæren hjælper os med at forstå magnetosfæriske processer generelt, hvilket kan anvendes på andre stjerner og exoplanetære systemer.
• Forståelsen af, hvordan heliosfæren påvirker indtrængen af interstellare materialer, er vigtig for modeller af solsystemets kemi og for fortolkning af data fra fjerne rumsonder.

Samlet set er heliosfæren en dynamisk, formbar boble, hvis struktur og effektive størrelse afhænger af både Solens aktivitet og de lokale forhold i det interstellare medium. Fortsat observation og forskning — både med sonders direkte målinger og med fjernmålinger — vil uddybe vores forståelse af denne grænse mellem Solens domæne og det omkringliggende galaktiske miljø.

Spørgsmål og svar

Spørgsmål: Hvad er heliosfæren?

Spørgsmål: Hvad består heliosfæren af?

Spørgsmål: Hvorfra kommer det meste af materialet i heliosfæren?

Spørgsmål: Hvor hurtigt bevæger solvinden sig i heliosfæren i de første ti milliarder kilometer af dens radius?

Spørgsmål: Hvad er et afslutningsstød?

Spørgsmål: Hvad er heliopausen?

Spørgsmål: Hvad er buestød?

Søg efter bogstav