Εικόνα που απεικονίζει ένα από τα δίδυμα διαστημόπλοια Voyager της NASA. Όλοι οι ταξιδιώτες μπήκαν στο διαστρικό διάστημα ή σε χώρο έξω από το ηλιοτρόπιό μας. Πίστωση: NASA / JPL-Caltech
Καθώς το Voyager 1 της NASA εξερευνά τον διαστρικό χώρο, οι μετρήσεις της έντασης δημιουργούν κύματα
Στην διάσπαρτη ομάδα ατόμων που γεμίζουν τον διαστρικό χώρο, ο Voyager 1 μέτρησε μια σειρά κυμάτων μακράς δράσης, καθώς προηγουμένως ανίχνευσε μόνο σποραδικές εκρήξεις.
Μέχρι πρόσφατα, κάθε διαστημικό σκάφος στην ιστορία είχε κάνει όλες τις μετρήσεις του στο εσωτερικό της ηλιοφάνειας μας, τη μαγνητική φούσκα που φουσκώνει ο ήλιος μας. Αλλά στις 25 Αυγούστου 2012, ΝΑΣΑΤο Voyager 1 το άλλαξε. Καθώς διέσχιζε τα όρια της ηλιόσφαιρας, έγινε το πρώτο τεχνητό αντικείμενο που εισήλθε – και μετρά – τον διαστρικό χώρο. Τώρα οκτώ χρόνια στο διαστρικό ταξίδι του, η ακρόαση των δεδομένων του Voyager 1 προκάλεσε νέες πληροφορίες για το πώς θα μπορούσαν να μοιάζουν αυτά τα όρια.
Εάν το ηλιοτρόπιό μας είναι ένα πλοίο που πλέει στα διαστρικά νερά, το Voyager 1 είναι μια σωσίβια σχεδία που μόλις έχει πέσει από το κατάστρωμα, η οποία έχει σχεδιαστεί για τη σάρωση ρευμάτων. Αυτήν τη στιγμή, κάθε τραχύ νερό που αισθάνεστε προέρχεται κυρίως από την ηλιόσφαιρα. Αλλά πέρα από αυτό, θα νιώσετε τις κινήσεις που προέρχονται από πηγές βαθύτερα στο σύμπαν. Τελικά, η ύπαρξη της ηλιοσφαίρας μας θα εξαφανιστεί εντελώς από τις μετρήσεις της.
Αυτό το σχέδιο του Οκτωβρίου 20218 δείχνει τη θέση των ανιχνευτών Voyager 1 και Voyager 2 σε σχέση με την ηλιόσφαιρα, μια προστατευτική φούσκα που δημιουργήθηκε από τον Ήλιο που εκτείνεται πέρα από την τροχιά του Πλούτωνα. Το Voyager 1 διέσχισε την ηλιοσφαιρία, ή την άκρη της ηλιόσφαιρας, το 2012. Το Voyager 2 βρίσκεται ακόμα στην ηλιόσφαιρα, ή στο εξωτερικό μέρος της ηλιοφάνειας. (Πρακτορείο της NASA Το διαστημικό σκάφος Voyager 2 εισήλθε στο διαστρικό διάστημα τον Νοέμβριο του 2018Συντελεστές: NASA / JPL-Caltech
“Έχουμε κάποιες ιδέες για το πόσο μακριά θα χρειαστεί ο Voyager να αρχίσει να βλέπει πιο καθαρό νερό ανάμεσα στα αστέρια,” είπε η Stella Ocker, PhD. Φοιτητής στο Πανεπιστήμιο Cornell στην Ιθάκη της Νέας Υόρκης και νεότερο μέλος της ομάδας Voyager. “Αλλά δεν είμαστε σίγουροι πότε θα φτάσουμε σε αυτό το σημείο.”
Η νέα μελέτη OCR, που δημοσιεύθηκε τη Δευτέρα το Φυσική Αστρονομία, Δείχνει ποια μπορεί να είναι η πρώτη συνεχής μέτρηση της πυκνότητας της ύλης στον διαστρικό χώρο. “Αυτή η ανακάλυψη μας παρέχει έναν νέο τρόπο μέτρησης της πυκνότητας του διαστρικού χώρου και ανοίγει ένα νέο δρόμο για να εξερευνήσουμε τη δομή του πολύ στενού διαστρικού μέσου”, δήλωσε ο Oker.
Το διαστημικό σκάφος Voyager 1 της NASA έχει συλλάβει τους ήχους του διαστρικού διαστήματος. Voyager 1 πλάσμα αίματος Το κυματικό όργανο εντόπισε δονήσεις πυκνού διαστρικού πλάσματος ή ιονισμένου αερίου, από τον Οκτώβριο έως τον Νοέμβριο του 2012 και από τον Απρίλιο έως τον Μάιο του 2013. Πίστωση: NASA /Εργαστήριο Jet PropulsionCaltech
Όταν κάποιος φωτογραφίζει διαστρικά αντικείμενα – αυτό που οι αστρονόμοι αποκαλούν “διαστρικό μέσο”, μια διάχυτη σούπα σωματιδίων και ακτινοβολίας – μπορεί κανείς να φανταστεί ένα ήρεμο, σιωπηλό και ήρεμο περιβάλλον. Αυτό θα ήταν λάθος.
“Χρησιμοποίησα τη φράση” ήσυχο διαστρικό μέσο “- αλλά μπορείτε να βρείτε πολλά μέρη που δεν είναι ιδιαίτερα ήσυχα, δήλωσε ο Jim Cordes, φυσικός του Cornell και συν-συγγραφέας της εφημερίδας.
Όπως και ο ωκεανός, το διαστρικό μέσο είναι γεμάτο με ταραχώδη κύματα. Το μεγαλύτερο από αυτά προέρχεται από την περιστροφή του γαλαξία μας, καθώς ο ίδιος ο χώρος λερώνει και δείχνει κυματισμούς σε δεκάδες έτη φωτός. Μικρότερα κύματα (αν και ακόμα τεράστια) εκρήγνυνται από εκρήξεις σουπερνόβα, που εκτείνονται δισεκατομμύρια μίλια από τη σύνοδο κορυφής έως τη κορυφή. Συνήθως οι μικρότεροι κυματισμοί από τον ήλιο μας, οι ηλιακές εκρήξεις στέλνουν κύματα σοκ μέσω του διαστήματος που διεισδύουν στην ηλιόσφαιρα.
Αυτά τα κύματα που συντρίβουν αποκαλύπτουν ενδείξεις σχετικά με την πυκνότητα του διαστρικού μέσου – μια τιμή που επηρεάζει την κατανόησή μας για το σχήμα της ηλιόσφαιρας, πώς σχηματίζονται τα αστέρια, ακόμη και τη θέση μας στον γαλαξία. Όταν αυτά τα κύματα αναπηδούν στο διάστημα, δονείται τα ηλεκτρόνια γύρω τους, τα οποία χτυπά σε διαφορετικές συχνότητες ανάλογα με το πόσο στοιβάζονται μεταξύ τους. Όσο υψηλότερος είναι ο τόνος αυτού του συντονισμού, τόσο υψηλότερη είναι η πυκνότητα ηλεκτρονίων. Το υποσύστημα Voyager 1 wave wave – το οποίο περιλαμβάνει δύο κεραίες “αυτί κουνελιού” που προεξέχουν 30 πόδια (10 μέτρα) πίσω από το διαστημικό σκάφος – έχει σχεδιαστεί για να ακούει αυτόν τον συντονισμό.
Μια απεικόνιση ενός διαστημικού σκάφους NASA Voyager που δείχνει τις κεραίες που χρησιμοποιούνται από το υποσύστημα κύματος πλάσματος και άλλα όργανα. Πίστωση: NASA / JPL-Caltech
Τον Νοέμβριο του 2012, τρεις μήνες μετά την έξοδο από την ατμόσφαιρα του ήλιου, το Voyager 1 άκουσε για πρώτη φορά διαστρικούς ήχους (βλ. Βίντεο παραπάνω). Έξι μήνες αργότερα, εμφανίστηκε ένα άλλο “σφύριγμα” – αυτή τη φορά πιο δυνατά. Το διαστρικό μέσο φαίνεται να γίνεται παχύτερο και γρηγορότερο.
Αυτές οι στιγμιαίες σειρήνες συνεχίζονται σε ακανόνιστα διαστήματα στα σημερινά δεδομένα του Voyager. Είναι ένας εξαιρετικός τρόπος για να μελετήσετε τις πυκνότητες του διαστρικού μέσου, αλλά απαιτεί κάποια υπομονή.
“Εμφανίζονται μόνο μία φορά το χρόνο, οπότε η εξάρτηση από τέτοιου είδους επεισόδια σημαίνει ότι ο χάρτης μας για την πυκνότητα του διαστρικού χώρου ήταν μάλλον αραιός”, δήλωσε ο Oker.
Ο Ocker ξεκίνησε να βρει ένα συνεχές μέτρο της διαστρικής πυκνότητας μέσου για να καλύψει τα κενά – ένα μέτρο που δεν εξαρτάται από τυχαία κύματα σοκ που διαδίδονται από τον Ήλιο. Μετά το φιλτράρισμα των δεδομένων του Voyager 1 και την αναζήτηση αδύναμων αλλά σταθερών σημάτων, βρήκα έναν υποσχόμενο υποψήφιο. Άρχισε να σηκώνεται στα μέσα του 2017, περίπου την εποχή ενός άλλου σφυρίγματος.
“Είναι στην πραγματικότητα ένας τόνος”, είπε ο Oker. “Με την πάροδο του χρόνου, ακούμε αυτή την αλλαγή – αλλά ο τρόπος με τον οποίο κινείται η συχνότητα μας λέει πώς αλλάζει η πυκνότητα.”
Αδύναμα αλλά ημι-συνεχή γεγονότα ταλάντωσης πλάσματος – ορατά ως λεπτή κόκκινη γραμμή σε αυτό το γράφημα / tk – συσχετίζουν τα ισχυρότερα συμβάντα στα δεδομένα υποσυστήματος κύματος πλάσματος στο Voyager 1. Η εικόνα εναλλάσσεται μεταξύ γραφημάτων που εμφανίζουν μόνο ισχυρά σήματα (μπλε φόντο) και φιλτραρισμένα δεδομένα που δείχνουν ασθενέστερα σήματα. Πίστωση: NASA / JPL-Caltech / Stella Ocker
Ο Oker αποκαλεί το νέο σήμα εκπομπή κυμάτων πλάσματος και φαίνεται επίσης να παρακολουθεί την πυκνότητα του διαστρικού χώρου. Όταν εμφανίζονται ξαφνικά μπιπ στα δεδομένα, ο τόνος εκπομπής αυξάνεται και πέφτει μαζί του. Το σήμα είναι επίσης παρόμοιο με αυτό που παρατηρείται στην ανώτερη ατμόσφαιρα της Γης που είναι γνωστό ότι παρακολουθεί την πυκνότητα ηλεκτρονίων εκεί.
“Αυτό είναι πραγματικά συναρπαστικό, γιατί είμαστε σε θέση να δοκιμάζουμε τακτικά την πυκνότητα σε ένα πολύ μεγάλο τμήμα του χώρου, το οποίο είναι το μεγαλύτερο μήκος του χώρου που είχαμε μέχρι τώρα”, δήλωσε ο Oker. “Αυτό μας παρέχει τον πληρέστερο χάρτη της πυκνότητας και του διαστρικού μέσου, όπως φαίνεται από τον Voyager.”
Με βάση το σήμα, η πυκνότητα ηλεκτρονίων γύρω από το Voyager 1 άρχισε να αυξάνεται το 2013 και έφτασε στα τρέχοντα επίπεδα γύρω στα μέσα του 2015, με 40 φορές αύξηση της πυκνότητας. Το διαστημικό σκάφος φαίνεται να βρίσκεται σε παρόμοιο εύρος πυκνότητας, με κάποιες διακυμάνσεις, με το πλήρες σύνολο δεδομένων που ανέλυσε που έληξε στις αρχές του 2020.
Η Ocker και οι συνεργάτες της προσπαθούν επί του παρόντος να αναπτύξουν ένα φυσικό μοντέλο για το πώς παράγεται η εκπομπή κυμάτων πλάσματος που θα είναι το κλειδί για την εξήγησή του. Εν τω μεταξύ, το υποσύστημα κύματος πλάσματος του Voyager 1 συνεχίζει να στέλνει δεδομένα όλο και πιο μακριά από το σπίτι, καθώς κάθε νέα ανακάλυψη έχει τη δύναμη να επαναπροσδιορίσει το σπίτι μας στο σύμπαν.
Για περισσότερες πληροφορίες σχετικά με αυτήν την έρευνα, διαβάστε το In The Emptiness of Space. 14 δισεκατομμύρια μίλια μακριά, το Voyager 1 ανακαλύπτει τις «ανησυχίες» των κυμάτων πλάσματος.
Η αναφορά: «Συνεχόμενα κύματα πλάσματος στο διαστρικό διάστημα που εντοπίστηκαν από τον Voyager 1» Σενάριο Kella-Acker, James M Cordes, Shami Chatterjee, Donald A. Gernet, William S. Φυσική Αστρονομία.
DOI: 10.1038 / s41550-021-01363-7
Το διαστημικό σκάφος Voyager κατασκευάστηκε από το Jet Propulsion Laboratory της NASA, το οποίο συνεχίζει να λειτουργεί και τα δύο. Το Jet Propulsion Laboratory είναι ένα τμήμα του Τεχνολογικού Ινστιτούτου Καλιφόρνιας στην Πασαντένα. Οι αποστολές Voyager αποτελούν μέρος του παρατηρητηρίου του συστήματος ηλιοφυσικής της NASA, που χρηματοδοτείται από το Τμήμα Ηλιακής Φυσικής στη Διεύθυνση Επιστημονικής Αποστολής στην Ουάσιγκτον.