Mapeando a melhor rota para uma espaçonave viajando além da esfera de influência do sol
Uma futura missão de sonda interestelar visa viajar além da heliosfera até o meio interestelar local para entender de onde veio nossa casa e para onde está indo. Crédito:Laboratório de Física Aplicada John Hopkins A heliosfera – composta de vento solar, transientes solares e campo magnético interplanetário – atua como escudo pessoal do nosso sistema solar, protegendo os planetas dos raios cósmicos galácticos. Estas partículas extremamente energéticas aceleraram para fora de eventos como supernovas e causariam uma enorme quantidade de danos se a heliosfera não as absorvesse na maior parte.
Atualmente, a comunidade científica não consegue chegar a um consenso sobre os limites ou contornos deste espaço protegido e está a explorar conceitos de missão para uma sonda interestelar que viaja para além da esfera de influência do Sol para responder a estas questões.
Um estudo liderado pela Universidade de Michigan publicado em Frontiers in Astronomy and Space Sciences fornece recomendações para maximizar as medições científicas para compreender melhor o tamanho e a forma da nossa casa na heliosfera vista de fora.
"Sem essa missão, seremos como peixinhos dourados tentando entender o aquário por dentro", disse Sarah A. Spitzer, pesquisadora de pós-doutorado na U-M e primeira autora do estudo.
“Queremos saber como a heliosfera protege os astronautas e a vida em geral da radiação galáctica prejudicial, mas isso é difícil de fazer quando ainda nem sabemos a forma do nosso escudo”, disse Marc Kornbleuth, cientista pesquisador da Universidade de Boston. e coautor do estudo.
De acordo com o estudo, a melhor rota de saída possível é pela lateral da cauda da heliosfera.
A interação da heliosfera com o meio interestelar local – um material feito de plasma, poeira e partículas neutras que preenchem o espaço entre as astrosferas – forma a forma da nossa heliosfera e influencia a composição do ambiente espacial dentro do sistema solar, incluindo perto da Terra. . Atualmente, os modelos prevêem que a heliosfera poderia ter formas incluindo esféricas, alongadas e em forma de crescente.
Nenhuma determinação final da forma da heliosfera pode ser feita sem medições adicionais fora da heliosfera.
"Uma futura missão de sonda interestelar será a nossa primeira oportunidade de realmente ver a nossa heliosfera, a nossa casa, do exterior, e de compreender melhor o seu lugar no meio interestelar local," disse Spitzer.
Até agora, as naves espaciais Voyager 1 e 2 são as únicas missões que potencialmente deixaram a heliosfera. Agora, 46 anos após o seu lançamento em 1977, a sonda está muito além do tempo de vida pretendido para a missão e já não pode fornecer medições completas de plasma necessárias para melhorar a nossa compreensão dos limites da heliosfera.
Uma futura missão de sonda interestelar pretende viajar além da heliosfera para coletar amostras do meio interestelar local. Um relatório do conceito de missão de 2021 envolvendo a colaboração de mais de 1.000 cientistas discutiu a carga útil, o veículo de lançamento e os aspectos técnicos de várias trajetórias. No entanto, este relatório assume que uma trajetória da sonda próxima de 45 graus do nariz da heliocauda, ou da frente do movimento direcional do Sol, é ideal.
Desafiando esta suposição, a equipe de pesquisa analisou o mérito científico de seis possíveis trajetórias de sondas interestelares, variando da direção do nariz à cauda. Os pesquisadores concluíram que uma trajetória que cruzasse o flanco heliosférico em direção à cauda forneceria a melhor perspectiva sobre a forma da heliosfera e maximizaria os resultados científicos.
"Se você quiser saber a que distância sua casa se estende, sair pela porta da frente e tirar uma foto da calçada provavelmente não é sua melhor opção. A melhor maneira é sair pela porta lateral para ver quanto tempo é da frente para trás", disse Kornbleuth.
Além disso, os modelos sugerem que o plasma interestelar pode ser injetado diretamente na heliosfera através da cauda, proporcionando uma oportunidade de coletar amostras de plasma interestelar dentro e fora da nossa heliosfera. Para compreender melhor a interação da heliosfera com o meio interestelar, os investigadores também recomendam que medições científicas sejam recolhidas em futuras missões aos confins da heliosfera.
"Essa análise exigiu muita persistência. Começou pequena e se tornou um grande recurso para a comunidade", disse Susan Lepri, professora de ciências climáticas e espaciais e engenharia na UM e última autora do estudo.
Na sua viagem de 46 anos, a sonda Voyager viajou cerca de 163 unidades astronómicas (15,2 mil milhões de milhas) de distância da Terra. Olhando para o futuro, uma futura sonda interestelar será concebida para uma missão de 50 anos, destinada a viajar cerca de 400 unidades astronómicas e poderá mesmo durar cerca de 1.000 unidades astronómicas, proporcionando uma visão sem precedentes da nossa heliosfera e do meio interestelar mais além.
