Heliosfäär: Päikesetuule mull, heliopaus ja lõpplöök selgitatud

Avasta heliosfäär: kuidas päikesetuul moodustab kosmosemulli, mis on heliopaus ja lõpplöök — selgitused, protsessid ja uusimad avastused.

Heliosfäär on kosmosemull, mille päikesetuul "puhub" tähtedevahelisse keskkonda (galaktikat täitev vesinik- ja heeliumgaas). Kuigi elektriliselt neutraalsed aatomid tähtedevahelisest ruumist võivad seda mulli läbida, pärineb peaaegu kogu heliosfääri materjal Päikeselt endalt. Päikesetuul koosneb peamiselt prootonitest, elektronidest ja alfapartiklitest ning kannab endaga kaasa Päikese magnetvälja – see magnetväli moodustab heliosfääri skeleti ja juhib laengukandjate liikumist.

Esimesed kümme miljardit kilomeetrit oma raadiusest läbib päikesetuul kiirusega üle miljoni kilomeetri tunnis; tüüpiline päikesetuule kiirus on aga pigem 300–800 km/s (väärtused võivad sõltuda päikesetsüklist ja koronapunktidest). Kui ta hakkab koos tähtedevahelise keskkonnaga välja langema, aeglustub ta enne täielikku peatumist. Punkti, kus päikesetuul aeglustub, nimetatakse lõpplöögiks (ingl termin "termination shock"); seda läbib päikesetuul sageli supersonilisel kiiruselt subsonilisele. Pärast lõpulööki jääb päikesetuul veel laiali levinud, küll aeglasem ja turbulensem – see piirkond on tuntud kui heliosfääri ümarmantel ehk heliosheath.

Punkti, kus tähtedevahelise keskkonna ja päikesetuule rõhk tasakaalustub, nimetatakse heliopausiks. Heliopaus on praktiliselt Päikese ja tähtedevahelise ainevaheline piir, kus päikesetuul enam domineerivaks ei ole ja interstellaarne materjal hakkab kontrollima voogusid ja magnetväljasid. See piir pole metalline sein, vaid mitmekihiline ja ajas muutuv ala, kus toimub osakeste ja magnetväljade segunemist ning vahetust. In-situ mõõtmised näitavad, et heliopausi kaugus Päikesest sõltub päikesetuule tugevusest ja interstellaarse keskkonna omadustest; viimased mõõtmised (Voyager 1 ja 2) andsid heliopausi ligikaudseks kauguseks ~119–121 astronoomilist ühikut (AU) sõltuvalt suunast.

Punkti, kus vastassuunas liikuv tähtedevaheline keskkond aeglustub, kui ta põrkub heliosfääriga, nimetatakse vibulöögiks ehk traditsiooniliselt bow shock (eesti keeles “vibu-” või “pealöök”). Viimaste aastakümnete andmed ja mudelid näitavad, et tugevast šokist ei pruugi alati juttugi olla: sõltuvalt Päikese suhtelisest kiirusest ja interstellaarse magnetvälja tugevusest võib tekkida pigem nõrk kokkusurumine ehk bow wave või laialivalguv üleümarõhumoodustis.

Heliosfääri struktuuri võib lühidalt jaotada olulisemateks piirkondadeks:

• Sisemine heliosfäär (kuni lõpulöögini): päikesetuul on kiiresti voolav, supersoniline ja juhib enamikku sise-süsteemi kosmoseilmastikku.
• Lõpulöök (termination shock): päikesetuul aeglustub, tekib laine ja osakeste kiiritus muutub.
• Heliosheath: aeglasem, kuumem ja turbulensem tuuletsoon lõpulöögi ja heliopausi vahel; siin tekib ka intensiivne kosmiliste osakeste vahetus.
• Heliopaus: rõhu ja magnetvälja tasakaalu piir; väljaspool algab tegelik tähtedevaheline ruum.
• Vibulöök / bow wave: eespool voolu suunas võib tekkida interstellaarse aine kokkusurumine ja aeglustumine.

Heliosfäär ei ole staatiline: selle suurus ja kuju muutuvad päikesetsükli, Päikese magnetvälja pööramiste ja kohaliku tähtedevahelise keskkonna (nt kohaliku interstellaarse pilve) tingimuste järgi. Vorm meenutab sageli kometi saba-laadset struktuuri — eespoole on kokkusurutud "kapuuts", taha tekib pikem heliotail ehk Päikese saba. Heliopausi tuntakse ka kui kaitsetsooni: heliosfäär vähendab galaktiliste kosmiliste kiirte intensiivsust sisemuses, mistõttu selle tugevus mõjutab Maal mõõdetavat kiirguse taset ja seeläbi ka näiteks atmosfäärist pärinevaid äärmuslikke protsesse.

In-situ andmed, peamiselt NASA kosmosesondidelt Voyager 1 ja 2 (ning Indirect observatsioonid, näiteks IBEX ja New Horizons), on andnud esimest otsest infot lõpulöögi, heliosheathi ja heliopausi kohta. Näiteks läbis Voyager 1 lõpulöögi 2004. aastal (~94 AU) ja heliopausi 2012. aastal (~121 AU); Voyager 2 leidis lõpulöögi ja tolmu- ning plasmakomponendi muutusi teistes kaugustes, mis kinnitab, et heliosfäär on asümmeetriline ja sõltub suunast.

Heliosfääri uurimine jätkub nii otseste mõõtmiste kui ka täpsemate arvutimudelite abil, kuna selle moodustised mõjutavad otseselt päikesesüsteemi kosmosevälist keskkonda, planeetide kaitset ja kosmoselendude planeerimist. Mõistmine, kuidas päikesetuul ja tähtedevaheline aine omavahel suhtlevad, aitab paremini hinnata nii lähimas galaktilises ümbruses toimuvat kui ka teiste tähtede korrastuste (näiteks tähtede tuule ja planeetsüsteemide) protsesse.

Küsimused ja vastused

K: Mis on heliosfäär?

K: Millest koosneb heliosfäär?

K: Kust pärineb suurem osa heliosfääri materjalist?

K: Kui kiiresti liigub päikesetuul heliosfääris esimese kümne miljardi kilomeetri raadiuses?

K: Mis on lõpplöök?

K: Mis on heliopaus?

K: Mis on vöörišokk?

Otsing