Stručně o IBEX
Před rokem, 19. října 2008, vynesla nosná raketa Pegasus XL na oběžnou dráhu kolem Země malou sondu IBEX, což je akronym pro Interstellar Boundary Explorer, tedy Průzkumník mezihvězdného rozhraní. Zkoumá částice přilétávající až z hranic Sluneční soustavy a na toto měření má magnetické pole naší planety rušivý vliv. Proto IBEX nekrouží kolem Země tak, jak se patří, po přibližné kružnici, ale po velmi protáhlé elipse. Sonda přilétá zhruba každý týden na vzdálenost asi 8 tisíc kilometrů od Země, aby pak od ní odletěla na 37 krát větší vzdálenost (v současnosti více než 300 tisíc km), kde je vliv magnetosféry již zanedbatelný. Sonda neustále rotuje a to umožňuje každému ze dvou detektorů neutrálních atomů v úzkém pásu postupujícím po spirále přeskenovat v průběhu půl roku celou oblohu. Jeden detektor pracuje v nižším, druhý ve vyšším energetickém pásmu. Oba identifikují směr a čas příletu částice, její hmotnost a energii.
Proč jsou zajímavé právě energetické neutrální atomy?
A navíc ty, které do Sluneční soustavy přilétávají z jejího vnějšího okraje? Právě ony přinášejí nějaké informace o dějích, které zde, ve vzdálenosti asi sto krát větší, než je vzdálenost Slunce – Země, probíhají. Není totiž jednoduché sem poslat průzkumnou sondu. Zatím do těchto dálav doletěly jenom dvě (částečně) funkční sondy – Voyager 1 a Voyager 2. A trvalo jim to 30 let. Ty však měřením systematicky nepokrývají celou oblohu, ale zaměřují se na sledování fyzikálních charakteristik svého okolí.
Ale spět k neutrálním atomům. Slunce kromě celého spektra elektromagnetického záření vysílá do všech směrů i proudy ionizovaných částic (zejména elektronů a protonů) s vysokou energií, letících meziplanetárním prostorem rychlostí 400 km/s - pomalý sluneční vítr, až 750 i víc km/s - rychlý sluneční vítr. Ve vzdálenosti asi 100 až 120 astronomických jednotek, čili asi 15 až 18 miliard kilometrů, na hranicích takzvané heliosféry, kde magnetické pole Slunce ztrácí nadvládu nad okolním lokálním galaktickým polem, jsou ionty slunečního větru prudce zbrzděny. Při náhodných srážkách s atomy takzvaného mezihvězdného prostředí (interstellar medium) dochází často k výměně nábojů. Například rychlý sluneční proton si při kolizi ukradne jeden elektron, čím se z něho stane neutrální atom lehkého vodíku. Zároveň ale změní směr a vydá se zpátky ke Slunci, nepatrně podporovaný gravitací. A právě takto vzniklé neutrální atomy dva detektory IBEXu zachytávají. S energií v rozsahu asi 200 až 6 000 (někdy i více) elektronvoltů prolétají Sluneční soustavou rychlostí od asi 1 700 km/h po téměř 4 miliony km/h. Mezihvězdné rozhraní nevyzařuje v oblasti elektromagnetických vln dalekohledy detekovatelné světlo. To z těchto neutrálních částic dělá unikátní zprostředkovatele informace z hranic Sluneční soustavy.
| Sluneční soustava a její nejbližší galaktické okolí jsou na ilustraci v logaritmické mírce od jednoho po 1 milion astronomických jednotek (1 AU je téměř 150 milionů km, což je průměrná vzdálenost Slunce – Zem). Ze Slunce, kromě celého spektra elektromagnetického záření proudí na všechny strany i takzvaný sluneční vítr – ionizovaná plazma letící do všech stran nadzvukovou rychlostí. V oblasti terminační vlny (termination shock) se zbrzdí na podzvukovou rychlost. Kredit: NASA | Heliosféra je obrovská bublina v prostoru, kde nad vnějšími galaktickými vlivy převládá "interní" solární magnetické pole a sluneční vítr. Heliosféra chrání Sluneční soustavu před energetickými ionizovanými částicemi kosmického záření (cosmic rays). Odstíní až 90 procent z nich. Podobně zemská magnetosféra chrání Zemi před ionizovanými částicemi slunečního větru. |
Na mapách z měření IBEXu se objevil záhadný pás
Výsledky prvního půlroku, tedy první celooblohové mapy prostorového rozložení hustoty neutrálních atomů přinesly nečekané překvapení v podobě poměrně úzkého pásu s výrazně zvýšenými hodnotami, táhnoucího se napříč oblohou po velkém oblouku o délce 300 obloukových stupňů. V oblasti pásu se vytváří dva až třikrát více energetických neutrálních atomů, než mimo něj. Realita je tak v rozporu s dosavadními předpoklady, podle kterých všude na mezihvězdném rozhraní vzniká přibližně stejné množství neutrálních atomů. Novou mapu oblohy z měření IBEX NASA zveřejnila 15. října, současně s pěti články v časopisu Science.
Než složitě opisovat tuto mapu, tvar a prostorové rozložení naměřené úzké pruhové anomálie, je mnohem efektivnější necelou minutu věnovat připojenému videu, které znázorňuje excentrickou dráhu sondy IBEX, umístění anomálního pásu na obloze a jeho prostorovou orientaci vzhledem k rovině Sluneční soustavy a směru jejího pohybu Galaxií:
Je zjevné, že pás zvýšené tvorby energetických neutrálních atomů nevzniká přímo na „nárazníkové“ zóně heliosféry s hmotou z mezihvězdného prostředí, jak se sluneční soustava řítí Galaxií (nárazníková oblast se nazývá „bow shock“). Tedy je nutné hledat i jinou fyzikální příčinu. Velmi pravděpodobné vysvětlení je, že by mohlo jít o interakci mezi heliosférou a lokálním galaktickým magnetickým polem. Magnetické pole Slunce (vyplňující obrovské kapce podobnou oblast heliosféry) deformuje siločáry vnějšího galaktického pole. Ty se kolem heliosféry ohýbají, a tedy zahušťují, čímž se zvyšuje intenzita pole. Pás zvýšené tvorby energetických neutrálních atomů se tvoří právě v místech největší deformace vnějších siločar, tedy tam kde intenzivnější vnější pole nejvíce působí na heliosféru a stlačuje ji. K lepšímu pochopení slouží obrázek vpravo. Mnozí astronomové se teď budou zabývat hledáním odpovídajících modelů, které by tento fenomén fyzikálně vysvětlily a matematicky popsaly.
Protože zmapování celé oblohy trvá sondě IBEX půl roku a ona již rok krouží vesmírem, v těchto dnech, když vědci zveřejnili výsledky v podobě prvních celooblohových IBEX-map, mohou začít porovnávat, jak se situace mezičasem změnila. Obraz totiž nemůže být stabilní, reaguje na několik měnících se parametrů – na pokles intenzity slunečního větru, jež je teď nejslabší za posledních 50 let, na hustotu částic v okolním mezigalaktickém prostoru, kterým právě Sluneční soustava prolétá a v neposlední řadě na změny v obou magnetických polích, vnitřního slunečního a vnějšího galaktického. Takže další výsledky se očekávají s napětím. Přispívají také k upřesnění lokalizace Sluneční soustavy v Mléčné dráze.
Měření sondy IBEX se konfrontují s měřením sondy Cassini, která od roku 2004 zkoumá Saturn, jeho měsíce a prstence a s údaji ze sond Voyager 1 a Voyager 2. Ty Zemi opustily již v roce 1977 a až po třiceti letech doletěly k hranicím heliosféry. Právě prolétají oblastí, kde energetické neutrální atomy vznikají.
Na závěr vzletné, i když možno i trochu nadnesené vyjádření vedoucího projektu IBEX Davida J. McComase: „Poprvé jsme odtrhli pohled od sluneční atmosféry a začali skutečně chápat naše místo v Galaxii. Výsledky získané sondou IBEX jsou vskutku mimořádné, s úzkým pásem zářivých detailů, jež neodpovídá žádnému ze současných teoretických modelů pro tuto oblast."
Pro zájemce doporučujeme věnovat tři čtvrtě hodiny tiskové besedě, kde odzněly neskreslené a dobře srozumitelné informace přímo „z první ruky“:
Zdroje: Science News , Science NASA , Tisková beseda na You Tube
Diskuze:
