Heliosfer Katmanını, Güneş Sisteminin Koruyucu Balonunu Canlandırmak
Bir baloncuğun içinde yaşıyorsunuz. Mecazi bir balon değil. Gerçek, gerçek bir balon ama endişelenme, sadece sen ben değil. Tüm dünya ve güneş sistemindeki diğer tüm gezegenler o balonun içinde varlığımızı ona borçlu olabiliriz. Uzay fizikçileri bu balona heliosfer diyorlar. Şanssız olursanız, tüm gezegenlerin etrafında manyetik bir “kuvvet alanı” oluşturarak, onların yoluna girecek kadar güneş sistemine girecek ve hatta DNA’nızı parçalayacak yüklü parçacıkları saptırabilen, Pluto’nun iki katından daha fazla uzanan geniş bir bölgedir.
Heliosfer varlığını güneşten akan yüklü parçacıkların (“güneş rüzgarı” olarak adlandırılır) ve güneş sisteminin dışından gelen parçacıkların etkileşimine borçludur. Yıldızlar arasındaki boşluğun tamamen boş olduğunu düşünmemize rağmen, aslında diğer yıldızlardan (canlı yıldızlar, ölü yıldızlar ve henüz doğmamış yıldızlar) ince bir toz ve gaz suyu tarafından işgal ediliyor. Galaksinin tamamında ortalama olarak, küp şekilli her alan hacmi sadece tek bir atom tutar ve güneş sistemimizin etrafındaki alan daha az yoğundur.
Güneş rüzgarı bu yıldızlararası şeylere karşı sürekli itiyor. Fakat güneşten ne kadar uzaklaşırsanız, o kadar zayıf olur. On milyarlarca mil sonra yıldızlararası şeyler geri çekilmeye başlar. Heliosfer, iki itmenin dengede olduğu yerde sona erer. Fakat bu sınır tam olarak nerede ve neye benziyor?
Boston Üniversitesi Fen Edebiyat Fakültesi ve Uzay Fiziği Merkezi’nde astronomi profesörü olan Merav Opher, bu soruları yaklaşık 20 yıldır inceliyor. Ve son zamanlarda, cevapları heyecan yaratıyor.
Heliosfer Katmanının Şekli
Güneş sistemimizin tamamı yıldızlararası uzayda hareket ettiğinden heliosfer ismine rağmen aslında bir küre değildir. Uzay fizikçileri uzun zamandır şeklini bir kuyruklu yıldızla karşılaştırmışlardı, bir tarafında yuvarlak bir “burun” ve ters yönde uzanan uzun bir kuyruk vardı. İnternette heliosferin resimlerini arayın ve bu kesinlikle bulacağınız resimdir.
Ancak 2015 yılında, Voyager 1 uzay aracından yeni bir bilgisayar modeli ve verileri kullanarak, Maryland Üniversitesi‘nden Opher ve yazar James Drake farklı bir sonuca vardı: heliosferin aslında bir hilal şeklinde şekillendirilmesini önerdiler – tam manasıyla bizim hilal şeklimiz değil biraz taze pişmiş kruvasan gibi- Bu “kruvasan” modelinde, iki püskürtme ucu solmaya karşı tek bir kuyruk yerine burundan aşağı doğru uzanır. Opher, “Bu, heliosferin küresel yapısı hakkındaki konuşmayı başlattı” diyor.
Heliosferin kuyruklu yıldız şeklinden başka bir şey olduğunu öne süren ilk makale değildi, ancak yeni bir enerji tartışmasına odaklandı. “Çok çekişmeli,” diyor. “Her konferansta eziliyordum! Ama silahlarıma takıldım.”
Heliosfer Katmanı Kruvasan Gibi Mi?
Daha sonra, “kruvasan” tartışmasının başlamasından iki yıl sonra, 2004’ten 2017’ye kadar Satürn’ün etrafında dönen Cassini uzay aracından yapılan okumalar, heliosferin başka bir vizyonunu önerdi. Heliosferin sınırını yansıtan parçacıkları zamanlayarak ve onları ikiz Voyager uzay aracı tarafından ölçülen iyonlarla ilişkilendirerek Cassini bilim adamları, heliosferin aslında çok yuvarlak ve simetrik olduğu sonucuna vardılar: ne bir kuyruklu yıldız ne de kruvasan, ama daha çok plaj topu gibi. Sonuçları kruvasan kadar tartışmalıdır. Hem Cassini hem de Voyager üzerinde deneyler yapan Tom Krimigis, “Bu tür değişiklikleri kolayca kabul etmiyorsunuz” diyor. Diyerek şöyle devam etti: “Bu alanda çalışan tüm bilimsel topluluk, 55 yıldan uzun bir süre, heliosferin kuyrukluyıldız kuyruğu olduğunu varsaymıştı.
Şimdi, Harvard Üniversitesi’nden Opher, Drake ve meslektaşları Avi Loeb ve Michigan Üniversitesi’nden Gabor Toth, “kruvasan” ı plaj topuyla uzlaştırabilecek üç boyutlu yeni bir heliosferin modelini tasarladı. Çalışmaları 16 Mart’ta Nature Astronomy’de yayınlandı.
Güneş sistemi içindeki yüklü parçacıkların aynı ortalama sıcaklıkta havada kaldığı varsayılan modellerin aksine, yeni model parçacıkları iki gruba ayırır. Birincisi, doğrudan güneş rüzgârından gelen yüklü parçacıklar. İkincisi, uzay fizikçilerinin “pikap” iyonları olduğu. Bunlar güneş sistemine elektriksel olarak nötr bir şekilde sürüklenen parçacıklar – manyetik alanlardan sapmadığı için nötr parçacıklar “sadece içeri girebilirler” diyor Opher — ancak daha sonra elektronları kesilmişti.
Şu anda Plüton’un ötesindeki alanı araştıran The New Horizons uzay aracı, bu parçacıkların güneş rüzgarı tarafından taşınırken ve elektrik alanı tarafından hızlandıkça sıradan güneş rüzgar iyonlarından yüzlerce veya binlerce kat daha sıcak hale geldiğini ortaya koydu. Ancak sadece iki parçacık grubunun sıcaklığını, yoğunluğunu ve hızını ayrı ayrı modelleyerek araştırmacılar heliosferin şekli üzerindeki büyük etkilerini keşfettiler.
Yeni modele göre bu şekil aslında bir kruvasan ve bir küre arasındaki farkı böler. Sönük bir plaj topu veya soğanlı bir kruvasan olarak adlandırın: her iki durumda da, hem Opher’in ekibinin hem de Cassini araştırmacılarının kabul edebileceği bir şey gibi görünüyor.
Yeni model bu klasik kuyruklu yıldız modelinden çok farklı görünüyor. Ancak Opher, heliosferin kenarını tam olarak nasıl tanımladığınıza bağlı olarak, ikisi aslında göründüğünden daha benzer olabilir. Gri tonlamalı bir fotoğrafı siyah beyaza dönüştürmeyi düşünün: Son görüntü, tam olarak hangi gri tonunu siyah ve beyaz arasındaki bölme çizgisi olarak seçtiğinize çok bağlıdır.
Heliosfer Şekli Neden Bu Kadar Önemli?
Peki neden heliosferin şekli hakkında endişeleniyorsun? Dış gezegenleri inceleyen araştırmacılar – diğer yıldızların etrafındaki gezegenler – heliosferimizi diğer yıldızların etrafındaki gezegenlerle karşılaştırmak istiyorlar. Güneş rüzgarı ve heliosfer, yaşam reçetesindeki temel bileşenler olabilir mi? Harvard’dan Opher’in işbirlikçisi Loeb, “Çevremizi anlamak istiyorsak, bu heliosfer katmanını daha iyi anlasak iyi olur” diyor.
Koruyucu Balonumuzda Diğer Meseleler
Ve sonra bu DNA parçalayan yıldızlararası parçacıkların meselesi var. Araştırmacılar hala Dünya’da ve diğer gezegenlerde yaşam için tam olarak ne demek istedikleri üzerinde çalışıyorlar. Bazıları, bizim gibi hayata yol açan genetik mutasyonların gerçekte yardımcı olabileceğini düşünüyor, diyor Loeb. “Doğru miktarda, bir organizmanın gelişmesine ve daha karmaşık hale gelmesine izin veren değişiklikler, mutasyonlar getiriyorlar” diyor. Ancak doz, söylediği gibi zehiri yaratır. Loeb, “Yaşamla uğraşırken bildiğimiz her zaman hassas bir denge vardır. Çok iyi bir şey çok kötü bir şeydir” diyor Loeb.
Verilere gelince, nadiren çok iyi şeyler vardır. Modeller birbirine yaklaşıyor gibi görünse de, güneş sisteminin dış alanlarından gelen veri eksikliği ile sınırlıdırlar. Bu nedenle Opher gibi araştırmacılar, heliosferde bir yolu kesecek ve heliosferin çevresinin yakınındaki pikap iyonlarını doğrudan tespit edecek yeni nesil yıldızlararası bir prob başlatmak için NASA’yı karıştırmayı umuyorlar. Şimdiye kadar, sadece Voyager 1 ve Voyager 2 uzay araçları bu sınırı geçti ve 40 yıldan fazla bir süre önce farklı bir iş yapmak için tasarlanmış eski bir dönemin enstrümanlarını taşıdılar. Johns Hopkins Üniversitesi Uygulamalı Fizik Laboratuvarı’ndaki misyon savunucuları, yeni bir probun 2030’larda biraz zaman başlatabileceğini ve bundan 10-15 yıl sonra heliosferin kenarını keşfetmeye başlayabileceğini söylüyor.
“Yıldızlararası Prob ile Voyagers’ın ortaya çıkarmaya başladığı sayısız gizemi çözmeyi umuyoruz” diyor Opher. Ve bunun beklemeye değer olduğunu düşünüyor.
