Hasil menunjukkan heliosfer luar yang bergeser dengan sangat detail – Sains Terkini

Jauh, jauh di luar orbit planet-planet terletak kontur kabur dari gelembung magnetik di ruang yang kita sebut rumah.

Ini adalah heliosphere, gelembung besar yang dihasilkan oleh medan magnet Matahari dan menyelimuti semua planet. Batas-batas gelembung kosmik ini tidak tetap. Menanggapi terengah-engah dan Matahari, mereka menyusut dan meregang selama bertahun-tahun.

Sekarang, untuk pertama kalinya, para ilmuwan telah menggunakan seluruh siklus matahari data dari pesawat ruang angkasa IBEX NASA untuk mempelajari bagaimana perubahan heliosphere dari waktu ke waktu. Siklus matahari berlangsung sekitar 11 tahun, ketika Matahari berayun dari musim aktivitas tinggi ke aktivitas rendah, dan kembali ke aktivitas tinggi lagi. Dengan catatan panjang IBEX, para ilmuwan sangat ingin memeriksa bagaimana perubahan suasana hati Matahari bermain di tepi heliosphere. Hasilnya menunjukkan heliosfer luar yang bergeser dengan sangat terperinci, dengan tepat menggambarkan bentuk heliosphere (masalah perdebatan dalam beberapa tahun terakhir), dan memberi petunjuk pada proses di balik salah satu fitur yang paling membingungkan. Temuan ini, bersama dengan set data yang baru saja disetel, diterbitkan di Suplemen Jurnal Astrofisika pada 10 Juni 2020.

IBEX, kependekan dari Interstellar Boundary Explorer, telah mengamati batas ruang antarbintang selama lebih dari 11 tahun, menunjukkan kepada kita di mana lingkungan kosmik kita cocok dengan seluruh galaksi.

"Ini misi yang sangat kecil," kata David McComas, penyelidik utama untuk misi di Universitas Princeton di New Jersey. IBEX hanya sebesar ban bus. "Ini sangat sukses, bertahan lebih lama dari yang diperkirakan siapa pun. Kita beruntung sekarang memiliki seluruh siklus pengamatan matahari."

Memetakan tepi tata surya, satu partikel pada satu waktu

Heliosfer diisi dengan angin matahari, aliran konstan partikel bermuatan dari Matahari. Angin matahari bertiup ke segala arah, satu juta mil per jam, sampai berhadapan dengan medium antarbintang, angin dari bintang-bintang lain yang mengisi ruang di antara mereka.


Ketika Matahari mengarungi medium antarbintang, ia menghasilkan gelombang panas dan padat seperti gelombang di bagian depan perahu yang mengalir di laut. Lingkungan kosmik kita disebut Bulu Lokal, untuk awan gas superhot yang mekar di sekitar kita. Di mana angin matahari dan Bulu Lokal bertemu membentuk tepi heliosfer, yang disebut heliopause. Tepat di dalam itu terletak wilayah bergolak yang disebut heliosheath.

Partikel yang disebut atom netral energetik, atau ENA, yang dibentuk di wilayah ruang yang jauh ini adalah fokus survei IBEX. Mereka diciptakan ketika panas, partikel bermuatan seperti yang ada di angin matahari bertabrakan dengan netral dingin seperti yang mengalir dari ruang antarbintang. Partikel angin matahari Zippy dapat merebut elektron dari atom antarbintang yang lamban, menjadi netral sendiri.

Perjalanan partikel-partikel ini dimulai jauh sebelum IBEX mendeteksi mereka. Melewati planet-planet, melewati sabuk asteroid dan Sabuk Kuiper, ke tepi heliosphere, dibutuhkan sekitar satu tahun bagi hembusan angin matahari untuk berpacu 100 kali jarak antara Matahari dan Bumi. Sepanjang jalan, angin matahari mengambil atom terionisasi dari gas antarbintang yang telah menggeliat ke heliosphere. Angin matahari yang tiba di tepi bukanlah angin yang sama yang meninggalkan Matahari setahun sebelumnya.

Partikel-partikel angin matahari mungkin menghabiskan enam bulan untuk menjelajahi kekacauan heliosheath, jurang antara dua batas luar heliosphere. Tidak dapat dihindari, beberapa bertabrakan dengan gas antarbintang dan menjadi netral yang energik. Dibutuhkan partikel netral mendekati satu tahun lagi untuk perjalanan kembali, melintasi ruang dari tepi heliosphere untuk mencapai IBEX – jika partikel kebetulan menuju ke arah yang tepat. Dari semua partikel netral yang terbentuk, hanya beberapa yang benar-benar berhasil mencapai IBEX. Seluruh perjalanan memakan waktu dua hingga tiga tahun untuk partikel berenergi tertinggi dalam rentang pengamatan IBEX, dan bahkan lebih lama dengan energi yang lebih rendah atau daerah yang lebih jauh.

IBEX mengambil keuntungan dari fakta bahwa atom-atom netral seperti ini tidak dialihkan oleh medan magnet Matahari: Partikel-partikel netral segar terikat menjauh dari tabrakan di hampir garis lurus.

IBEX mensurvei langit untuk partikel, mencatat arah dan energi mereka. Wahana antariksa itu hanya mendeteksi sekitar satu detik. Hasilnya adalah peta batas antarbintang, yang dibuat dari prinsip yang sama dengan yang digunakan kelelawar untuk melakukan ekolokasi sepanjang malam: memantau sinyal yang masuk untuk mempelajari lebih lanjut tentang lingkungan seseorang. Dengan mempelajari dari mana asal netral, dan kapan, IBEX dapat melacak batas-batas terpencil heliosphere kami.

"Kami sangat beruntung mengamati ini dari dalam heliosphere," kata Justyna Sokol, seorang ilmuwan tamu di tim Princeton. "Ini adalah proses yang terjadi pada jarak yang sangat kecil. Ketika Anda mengamati bintang-bintang lain yang sangat jauh, Anda mengamati jarak tahun cahaya, dari luar astrophernya." Bahkan jarak antara Matahari dan hidung heliosfer sangat kecil dibandingkan dengan bertahun-tahun cahaya.

Dengan menggunakan data IBEX selama 11 tahun lebih, McComas dan timnya dapat mempelajari perubahan yang berkembang seiring waktu dan merupakan kunci untuk memahami tempat kami di luar angkasa.

Angin matahari konstan, tetapi angin tidak stabil. Ketika angin berhembus, heliosphere mengembang seperti balon, dan partikel-partikel netral melonjak di pinggiran luar. Saat angin tenang, kontrak balon; partikel netral berkurang. Jungkat-jungkit partikel netral berikutnya, para ilmuwan melaporkan, secara konsisten bergema dua hingga tiga tahun setelah perubahan angin – yang mencerminkan perjalanan mereka ke tepi balon dan punggung ini.

"Diperlukan bertahun-tahun untuk efek ini mencapai ujung heliosfer," kata Jamey Szalay, peneliti Princeton lain dalam tim. "Bagi kita untuk memiliki data sebanyak ini dari IBEX, akhirnya memungkinkan kita untuk membuat korelasi jangka panjang ini."

Membentuk heliosphere

Dari 2009 hingga 2014, angin bertiup cukup rendah dan stabil, angin sepoi-sepoi. Heliosfer berkontraksi. Kemudian datang kejutan besar dalam angin matahari, seolah-olah Matahari menghela nafas. Pada akhir 2014, pesawat ruang angkasa NASA yang mengorbit Bumi mendeteksi peningkatan tekanan angin matahari sekitar 50% (sejak itu tetap tinggi selama beberapa tahun).

Dua tahun kemudian, angin matahari yang mengepul menyebabkan sejumlah partikel netral di heliosheath. Dua tahun kemudian, mereka mengisi sebagian besar hidung heliosphere. Akhirnya, mereka berjambul di kutub utara dan selatan heliosphere.

Perubahan ini tidak simetris. Setiap benjolan yang diamati menelusuri keanehan bentuk heliosphere. Para ilmuwan terkejut melihat betapa jelasnya mereka melihat gelombang pasang angin matahari mendorong heliopause.

"Waktu dan partikel-partikel netral benar-benar melukis jarak dalam bentuk heliosphere bagi kita," kata McComas.

IBEX masih belum mengamati efek dari pukulan kosmik ini dari bagian belakang heliosphere, heliotail. Itu berarti ujung ekor jauh lebih jauh dari Matahari daripada bagian depan; partikel-partikel itu berada dalam perjalanan yang jauh lebih lama. Mungkin gelombang angin matahari masih meluncur ke arah ekor, atau mungkin partikel netral sudah dalam perjalanan kembali. Di tahun-tahun mendatang, tim IBEX akan mengawasi tanda-tanda kepulangan mereka dari belakang.

"Alam mengatur eksperimen sempurna ini agar kita lebih memahami batas ini," kata Szalay. "Kita harus melihat apa yang terjadi ketika hal besar ini – dorongan angin matahari – berubah."


Secara keseluruhan, ini melukiskan gambar heliosphere yang berbentuk seperti komet. Bentuk heliosphere telah menjadi bahan perdebatan dalam beberapa tahun terakhir. Beberapa orang berpendapat bahwa gelembung kita di ruang berbentuk bola seperti bola dunia; yang lain menyarankan itu lebih dekat ke croissant. Tetapi dalam studi ini, kata McComas, data IBEX jelas menunjukkan respons heliosphere terhadap dorongan angin matahari adalah asimetris – sehingga heliosfer itu sendiri juga harus asimetris. Matahari terletak dekat dengan bagian depan, dan ketika Matahari melesat melintasi ruang angkasa, heliotail membuntuti lebih jauh di belakang, sesuatu seperti ekor komet yang melesat.

Menangani puzzle terbesar IBEX

Data IBEX selama bertahun-tahun juga telah membawa para ilmuwan lebih dekat ke sebuah penjelasan untuk salah satu fitur heliosphere yang lebih membingungkan, yang dikenal sebagai pita IBEX. Pita tetap menjadi salah satu penemuan terbesar IBEX. Diumumkan pada tahun 2009, ini mengacu pada petak netral enerjik yang luas dan diagonal, dicat di bagian depan heliosphere. Sudah lama para ilmuwan bingung: Mengapa ada bagian dari batas yang harus sangat berbeda dari yang lain?

Seiring waktu, IBEX telah menunjukkan bahwa apa yang membentuk pita sangat berbeda dari apa yang membentuk sisa langit antarbintang. Itu dibentuk oleh arah medan magnet antarbintang. Tetapi bagaimana partikel pita diproduksi? Sekarang, para ilmuwan melaporkan bahwa kemungkinan besar proses sekunder bertanggung jawab, menyebabkan perjalanan sekelompok partikel netral yang energetik menjadi berlipat ganda.

Setelah menjadi netral enerjik, bukannya memantul kembali ke IBEX, kelompok partikel ini akan melesat ke arah yang berlawanan, melintasi heliopause dan ke ruang antarbintang. Di sana, mereka akan merasakan Fluff Lokal, meluncur sampai beberapa tak terhindarkan akan bertabrakan dengan partikel bermuatan, kehilangan elektron sekali lagi dan menjadi terikat pada medan magnet di sekitarnya.

Dua tahun berlalu, dan partikel bermuatan mungkin bertabrakan lagi dengan rekan-rekan yang lebih lambat, mencuri elektron seperti yang telah mereka lakukan sebelumnya. Setelah migrasi singkat ini di luar heliosphere, netral yang enerjik dua kali lahir mungkin akhirnya kembali, meluncur kembali ke rumah.

Data IBEX yang diperluas membantu para ilmuwan menghubungkan pita ke tur antarbintang panjang partikel. Partikel yang membentuk pita telah menempuh perjalanan dua tahun lebih banyak daripada partikel netral yang diamati. Ketika sampai pada lonjakan angin matahari, pita itu membutuhkan waktu dua tahun setelah heliosphere lainnya untuk mulai merespons.

Jauh melebihi misi awalnya selama dua tahun, IBEX akan segera bergabung dengan misi NASA lainnya, IMAP – kependekan dari Interstellar Mapping dan Acceleration Probe, yang juga digunakan oleh McComas sebagai penyelidik utama. Misi dijadwalkan untuk diluncurkan pada akhir 2024.

"IMAP menyajikan kesempatan sempurna untuk belajar, dengan resolusi dan sensitivitas yang besar, apa yang telah mulai ditunjukkan oleh IBEX kepada kami, sehingga kami benar-benar akan mendapatkan pemahaman terperinci tentang fisika di luar sana," kata McComas.

Video: https://www.youtube.com/watch?time_continue=1&v=ZY8D71NW1wM&feature=emb_logo

You may also like...

Leave a Reply

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.