شواهد جدید نشان می‌دهد همسایگی زمین در فضا پر از هیدروژن است

ساینسیو – به نقل از ایسنا، این ناحیه که فقط با یک مرز مغناطیسی نامرئی مشخص شده است، جایی است که فضای تحت سلطه خورشید به پایان می‌رسد که آنجا نیز نزدیک‌ترین فاصله با محیط میان ستاره‌ای است.

در این مکان، ذرات و نوری که توسط ۱۰۰ میلیارد ستاره کهکشان ما ساطع شده است با بقایای باستانی بیگ بنگ برخورد می‌کنند. ترکیب این ذرات و نور با یکدیگر به عنوان محیط میان ستاره‌ای شناخته می‌شود. بررسی ساختار آن به دانشمندان اطلاعاتی درباره گذشته منظومه شمسی می‌دهد و ممکن است حقایقی از آینده آن را نیز برای آنها روشن کند.

اندازه گیری‌های فضاپیمای “نیوهورایزنز” ناسا اخیرا اطلاعاتی جدید درباره ویژگی اصلی محیط میان ستاره‌ای در اختیار دانشمندان قرار داده است و آن اندازه ضخامت آن محیط است.

یافته‌های منتشر شده در مجله “Astrophysical ” نشان می‌دهد که محیط میان ستاره‌ای تقریباً ۴۰ درصد بیشتر از آنچه پیشتر دانشمندان گفته‌اند دارای اتم‌های هیدروژن است. این یافته‌ها اطلاعات جدیدی درباره محیط کهکشان ما در فضا در اختیار دانشمندان قرار می‌دهد.

همانطور که زمین به دور خورشید می‌چرخد، کل منظومه شمسی ما نیز با سرعت بیش از ۵۰ هزار مایل در ساعت در کهکشان راه شیری، حرکت می‌کند. هنگامی که از محیط مه آلود ذرات میان ستاره‌ای عبور می‌کنیم، با حباب مغناطیسی اطراف خورشید خود که به عنوان هلیوسفر شناخته می‌شود، محافظت می‌شویم.

بسیاری(اما نه همه) از گازهای میان ستاره‌ای در اطراف این حباب جریان دارند. هلیوسفر ذرات باردار را که توسط میدان‌های مغناطیسی هدایت می‌شوند، دفع می‌کند. اما بیش از نیمی از گازهای میان ستاره‌ای محلی خنثی هستند و این به این معنا است که تعداد پروتون و الکترون آنها یکسان است.

“اریک کریستین” (Eric Christian) ، فیزیکدان فضایی مرکز پرواز فضایی گادرد ناسا گفت: این پدیده مثل این است که از فضای مه آلود سنگینی عبور می‌کنید و آب همراهتان دارید و همانطور که می‌دوید، لباس‌های خود را کاملا خیس می‌کنید و این موضوع سرعت شما را کمتر می‌کند.

 پس از حرکت آهسته آن اتم‌های میان ستاره‌ای به هلیوسفر، آنها توسط نور خورشید فشرده می‌شوند و توسط ذرات باد خورشیدی با یکدیگر برخورد می‌کنند. بسیاری از آنها الکترون‌های خود را در این جریان پر هیاهو از دست می‌دهند و تبدیل به “یون‌های پیکاپ”(pickup ions) با بار مثبت می‌شوند. این جمعیت جدید از ذرات، اگرچه تغییر یافته است، اما همچنان در دل خود رازهایی را پشت جریان مه آلود پنهان کرده‌اند. در علوم خورشیدی، یون‌های پیکاپ هلیوسفر وقتی ایجاد می‌شوند که ذرات خنثی درون هلیوسفر یا توسط اشعه فرا بنفش خورشیدی یا تبادل بار با پروتون‌های باد خورشیدی یا تحت تأثیر الکترون یونیزه شوند.

“پاول سواچینا” (Pawel Swaczyna)، محقق مقطع فوق دکترا از دانشگاه پرینستون و نویسنده اصلی مطالعه گفت: ما توسط نیوهورایزنز موفق به انجام مشاهدات مستقیمی از اتم‌های میان ستاره ای نشدیم اما می‌توانیم این یون‌های پیکاپ را مشاهده کنیم. آنها یک الکترون خود را از دست داده‌اند، اما ما می‌دانیم که آنها به عنوان اتم‌های خنثی خارج از هلیوسفر به زمین رسیده‌اند.

فضاپیمای نیوهورایزنز ناسا که در ژانویه ۲۰۰۶ به فضا پرتاب شد، بهترین گزینه برای اندازه گیری آنها است. نیوهورایزنز (New Horizons) که افق‌های نو نیز نامیده می‌شود، فضاپیمای رباتیک ناسا و بخشی از برنامه‌های فضایی مرزهای نو است که در ۱۹ فوریهٔ ۲۰۰۶ میلادی به‌سوی کمربند کویپر حرکت کرد. این کاوشگر فضایی که آن را کاوشگر بین‌سیاره‌ای یا سیاره‌پیما هم خوانده‌اند، نخستین فضاپیمایی است که به‌سوی پلوتو پرواز کرد و به مطالعه درباره این سیارهٔ کوتوله و پنج قمر تاکنون شناخته‌شده آن، به‌ ویژه شارون، پرداخت. اکنون پنج سال از زمان ملاقات آن با پلوتو می گذرد. در آن زمان این کاوشگر موفق به ثبت نخستین تصویر نزدیک از این سیاره کوتوله شد. امروزه این کاوشگر از طریق کمربند کویپر در لبه منظومه شمسی که تازه ترین یون‌های پیکاپ در آنجا هستند، حرکت می‌کند.

ابزار SWAP این کاوشگر می‌تواند این یون‌ها را تشخیص دهد و با انرژی بسیار بالای خود، آنها را از باد طبیعی خورشید تشخیص دهد. مقدار یون‌های پیکاپی که این فضاپیما تشخیص می‌دهد، نشان دهنده ضخامت جریان مه آلودی است که این کاوشگر در حال گذر از آن است. هرچه نیوهورایزنز یون‌های پیکاپ بیشتری مشاهده کند، دانشمندان درمی‌یابند مه میان ستاره‌ای باید تراکم و ضخامت بیشتری داشته باشد.

محققان از اندازه گیری SWAP برای استخراج چگالی هیدروژن خنثی در جایی که باد خورشید در برابر محیط بین ستاره‌ای قرار می گیرد و ناگهان سرعت باد خورشیدی کاهش می‌یابد استفاده کردند. پس از ماه‌ها بررسی و آزمایش دقیق، تعداد اتم‌هایی که آنها دریافتند ۰.۱۲۷ ذره در سانتی متر مکعب یا حدود ۱۲۰ اتم هیدروژن در فضایی به اندازه یک چهارم گالن شیر(a quart of milk) بود.

یافته‌های این مطالعه، نتیجه یک مطالعه انجام شده در سال ۲۰۰۱ را که توسط کاوشگر وویجر ۲ برای اندازه گیری میزان سرعت باد خورشیدی و اینکه چقدر طول می‌کشد تا سرعت بادخورشیدی در طول زمان کاهش یابد انجام شده بود، تأیید کرد.

آنها دریافته بودند کاهش سرعت بادخورشیدی عمدتا به دلیل دخالت ذرات محیط میان ستاره‌ای است که این موضوع نیز نشان دهنده تراکم هیدروژن میان ستاره‌ای در حدود ۱۲۰ اتم هیدروژن در یک فضای چهارگوش است. اما مطالعات اخیر عدد دیگری را نشان می‌دهد. طی این مطالعه دانشمندان با استفاده از داده‌های مأموریت اولیس ناسا، از فاصله کمی نزدیک به خورشید نسبت به مشتری، یون‌های پیکاپ را اندازه گیری کردند و چگالی را حدود ۸۵ اتم هیدروژن در یک چهارم فضا تخمین زدند.

چند سال بعد، یک تحقیق متفاوت که ترکیب داده‌های اولیس و ویجر بود نیز نتیجه مشابهی را بدست آورد. سواچینا گفت: می‌دانید اگر در تحقیق چیزی متفاوت از مطالعات قبلی را کشف کردید، کار طبیعی این است که به دنبال اشتباهات خود بگردید.

اما بعد از کمی بررسی، محققان دریافتند که در مطالعه داده‌های اولیس و ویجر در بخش محاسبات یک اشتباهی رخ داده و مقدار اعلام شده تعداد اتم  ۳۵ درصد کمتر از حالت اصلی است. به نظر نمی‌رسد رفتن از ۸۵ اتم در یک چهارم گالن شیر به ۱۲۰ واحد زیاد باشد. با این حال، در یک علم مبتنی بر مدل مانند هلیوفیزیک، تغییر یک عدد در همه موارد تأثیر می‌گذارد.

برآورد جدید ممکن است به توضیح یکی از بزرگترین اسرار هلیوفیزیک در چند سال گذشته کمک کند. هلیوفیزیک اصطلاحی به معنای بررسی فیزیک خورشید است. چندی بعد دانشمندان اولین مجموعه کامل داده‌های کاوشگر مرز میان‌ستاره‌ای ناسا را مورد بررسی قرار دادند و متوجه یک نوار عجیب از ذرات پرانرژی شدند که از لبه جلویی هلیوسفر بیرون آمده است.

آنها آن را “روبان کاوشگر مرز میان‌ستاره‌ای” نامیدند. “دیوید مک کوماس”(David McComas) استاد علوم اخترفیزیک در دانشگاه پرینستون و محقق اصلی ماموریت کاوشگر مرز میان‌ستاره‌ای ناسا گفت: تراکم میان ستاره‌ای ۴۰ درصد بالاتر مشاهده شده در این مطالعه بسیار مهم است چرا که این موضوع نشان می‌دهد که خورشید ما در یک قسمت بسیار متراکم از فضای میان ستاره‌ای قرار دارد.

کاوشگر مرز میان‌ستاره‌ای(Interstellar Boundary Explorer) یا IBEX نام فضاپیمای رباتیک متعلق به ناسا است و توسط شرکت لاکهید مارتین و مؤسسه تحقیقات جنوب غربی ساخته و هدایت می شود. این کاوشگر ماهواره ناسا در مدار زمین است که از اتم‌های خنثی پر انرژی(ENA) برای تصویربرداری از منطقه تعامل بین منظومه شمسی و محیط میان ستاره ای استفاده می‌کند.