Os cientistas desenvolveram uma nova previsão do formato da bolha em torno de nosso sistema solar usando um modelo desenvolvido com dados de missões da NASA.

Todos os planetas do nosso sistema solar estão envoltos em uma bolha magnética, esculpido no espaço pelo material em constante vazamento do Sol, o vento solar. Fora dessa bolha está o meio interestelar - o gás ionizado e o campo magnético que preenche o espaço entre os sistemas estelares em nossa galáxia. Uma pergunta que os cientistas vêm tentando responder há anos é sobre o formato dessa bolha, que viaja pelo espaço enquanto nosso Sol orbita o centro de nossa galáxia. Tradicionalmente, os cientistas pensaram na heliosfera como uma forma de cometa, com uma borda de ataque arredondada, chamado de nariz, e uma longa cauda atrás.

Pesquisa publicada em Astronomia da Natureza em março e destaque na capa do jornal em julho oferece uma forma alternativa que carece dessa cauda longa:o croissant murcho.

A forma da heliosfera é difícil de medir de dentro. A borda mais próxima da heliosfera está a mais de dez bilhões de milhas da Terra. Apenas as duas espaçonaves Voyager mediram diretamente esta região, deixando-nos com apenas dois pontos de dados verdadeiros sobre a forma da heliosfera.

Perto da Terra, estudamos nossa fronteira com o espaço interestelar capturando e observando partículas voando em direção à Terra. Isso inclui partículas carregadas que vêm de partes distantes da galáxia, chamados raios cósmicos galácticos, junto com aqueles que já estavam em nosso sistema solar, viajar para a heliopausa, e são devolvidos à Terra por meio de uma série complexa de processos eletromagnéticos. Estes são chamados de átomos neutros energéticos, e porque eles são criados pela interação com o meio interestelar, eles atuam como um proxy útil para mapear a borda da heliosfera. É assim que o Interstellar Boundary Explorer da NASA, ou IBEX, missão estuda a heliosfera, fazendo uso dessas partículas como uma espécie de radar, traçando a fronteira do nosso sistema solar com o espaço interestelar.

Para entender esses dados complexos, os cientistas usam modelos de computador para transformar esses dados em uma previsão das características da heliosfera. Merav Opher, autor principal da nova pesquisa, dirige um DRIVE Science Center financiado pela NASA e NSF na Universidade de Boston focado no desafio.

Esta última iteração do modelo de Opher usa dados de missões científicas planetárias da NASA para caracterizar o comportamento do material no espaço que enche a bolha da heliosfera e obter outra perspectiva em suas fronteiras. A missão Cassini da NASA carregou um instrumento, projetado para estudar partículas presas no campo magnético de Saturno, que também fez observações de partículas voltando para o sistema solar interno. Essas medidas são semelhantes às do IBEX, mas fornecem uma perspectiva distinta sobre os limites da heliosfera.

Adicionalmente, A missão New Horizons da NASA forneceu medições de íons coletados, partículas que são ionizadas no espaço e são coletadas e se movem junto com o vento solar. Por causa de suas origens distintas das partículas do vento solar fluindo do Sol, íons de captação são muito mais quentes do que outras partículas do vento solar - e é esse o fato que o trabalho de Opher depende.

"Existem dois fluidos misturados. Você tem um componente que é muito frio e um componente que é muito mais quente, os íons de coleta, "disse Opher, professor de astronomia na Universidade de Boston. "Se você tem algum fluido frio e fluido quente, e você os coloca no espaço, eles não se misturam - eles evoluem principalmente separadamente. O que fizemos foi separar esses dois componentes do vento solar e modelar a forma 3-D resultante da heliosfera. "

Considerando os componentes do vento solar separadamente, combinado com o trabalho anterior de Opher usando o campo magnético solar como uma força dominante na formação da heliosfera, criou uma forma de croissant desinflada, com dois jatos curvando-se para longe da parte central bulbosa da heliosfera, e notavelmente sem a cauda longa prevista por muitos cientistas.

"Como os íons captadores dominam a termodinâmica, tudo é muito esférico. Mas porque eles deixam o sistema muito rapidamente, além do choque de terminação, toda a heliosfera desinfla, "disse Opher.

A forma do nosso escudo

A forma da heliosfera é mais do que uma questão de curiosidade acadêmica:a heliosfera atua como escudo do nosso sistema solar contra o resto da galáxia.

Eventos energéticos em outros sistemas estelares, como supernova, pode acelerar as partículas até quase a velocidade da luz. Essas partículas disparam em todas as direções, incluindo em nosso sistema solar. Mas a heliosfera atua como um escudo:ela absorve cerca de três quartos dessas partículas tremendamente energéticas, chamados raios cósmicos galácticos, isso faria o seu caminho para o nosso sistema solar.

Aqueles que conseguem sobreviver podem causar estragos. Estamos protegidos na Terra pelo campo magnético e pela atmosfera do nosso planeta, mas a tecnologia e os astronautas no espaço ou em outros mundos estão expostos. Tanto a eletrônica quanto as células humanas podem ser danificadas pelos efeitos dos raios cósmicos galácticos - e porque os raios cósmicos galácticos carregam muita energia, eles são difíceis de bloquear de uma forma prática para viagens espaciais. A heliosfera é a principal defesa dos viajantes do espaço contra os raios cósmicos galácticos, portanto, compreender sua forma e como isso influencia a taxa de raios cósmicos galácticos que atingem nosso sistema solar é uma consideração chave para o planejamento da exploração espacial humana e robótica.

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A forma da heliosfera também faz parte do quebra-cabeça para buscar vida em outros mundos. A radiação prejudicial dos raios cósmicos galácticos pode tornar um mundo inabitável, um destino evitado em nosso sistema solar por causa de nosso forte escudo celestial. À medida que aprendemos mais sobre como nossa heliosfera protege nosso sistema solar - e como essa proteção pode ter mudado ao longo da história do sistema solar - podemos procurar outros sistemas estelares que podem ter proteção semelhante. E parte disso é a forma:nossas formas de cometas de cauda longa semelhantes a heliosféricos, croissants deflacionados, ou algo totalmente diferente?

Seja qual for a verdadeira forma da heliosfera, uma próxima missão da NASA será uma bênção para desvendar estas questões:o Mapeamento Interestelar e Sonda de Aceleração, ou IMAP.

IMAP, com lançamento previsto para 2024, irá mapear as partículas que fluem de volta para a Terra a partir dos limites da heliosfera. O IMAP se baseará nas técnicas e descobertas da missão IBEX para lançar uma nova luz sobre a natureza da heliosfera, espaço interestelar, e como os raios cósmicos galácticos penetram em nosso sistema solar.

O DRIVE Science Center da Opher visa criar um modelo testável da heliosfera a tempo do lançamento do IMAP. Suas previsões sobre a forma e outras características da heliosfera - e como isso seria refletido nas partículas que fluem de volta da fronteira - forneceriam uma linha de base para os cientistas compararem com os dados do IMAP.