Onze hoek van het universum, het zonnestelsel, is genesteld in de Melkweg, de thuisbasis van meer dan 100 miljard sterren. Het zonnestelsel is ingekapseld in een bel die de heliosfeer wordt genoemd, die ons scheidt van de enorme melkweg daarachter - en een deel van zijn harde ruimtestraling.

We worden beschermd tegen die straling door de heliosfeer, die zelf wordt gecreëerd door een andere stralingsbron:de zon. De zon spuwt voortdurend geladen deeltjes, genaamd de zonnewind, van zijn oppervlak. De zonnewind waait uit tot ongeveer vier keer de afstand van Neptunus, het magnetische veld van de zon met zich meedragen.

"Magnetische velden hebben de neiging om tegen elkaar aan te duwen, maar niet mengen, " zei Eric Christiaan, een leidende wetenschapper op het gebied van heliosfeeronderzoek bij NASA's Goddard Space Flight Center in Greenbelt, Maryland. "Binnen de bel van de heliosfeer bevinden zich vrijwel alle deeltjes en magnetische velden van de zon. Buiten zijn die van de melkweg."

Om de heliosfeer te begrijpen, begin met het uit elkaar halen van het woord, stelt David McComas voor, hoogleraar astrofysische wetenschappen aan de Princeton University in New Jersey. "Heliosphere" is de combinatie van twee woorden:"Helios, " het Griekse woord voor de zon, en "bol, " een breed invloedsgebied (hoewel, om duidelijk te zijn, wetenschappers zijn niet zeker van de exacte vorm van de heliosfeer).

De heliosfeer werd eind jaren vijftig ontdekt, en er blijven veel vragen over. Terwijl wetenschappers de heliosfeer bestuderen, ze leren meer over hoe het de blootstelling van astronauten en ruimtevaartuigen aan straling vermindert en meer in het algemeen, hoe sterren hun nabije planeten kunnen beïnvloeden.

Een ballon in de ruimte

Sommige straling omringt ons elke dag. Als we zonnebaden, we koesteren ons in de straling van de zon. We gebruiken straling om restjes in onze keukenmagnetrons op te warmen en vertrouwen erop voor medische beeldvorming.

Ruimte straling, echter, lijkt meer op de straling die vrijkomt door radioactieve elementen zoals uranium. De ruimtestraling die van andere sterren op ons afkomt, wordt galactische kosmische straling (GCR) genoemd. Actieve gebieden in de melkweg, zoals supernova's, zwarte gaten, en neutronensterren - kunnen de elektronen van atomen strippen en de kernen versnellen tot bijna de lichtsnelheid, GCR produceren.

Op aarde, we hebben drie lagen van bescherming tegen ruimtestraling. De eerste is de heliosfeer, die helpt voorkomen dat GCR de belangrijkste planeten in het zonnestelsel bereikt. Aanvullend, Het magnetisch veld van de aarde produceert een schild dat de magnetosfeer wordt genoemd, die GCR weghoudt van de aarde en satellieten in een lage baan, zoals het internationale ruimtestation. Eindelijk, de gassen van de atmosfeer van de aarde absorberen straling.

Wanneer astronauten naar de maan of naar Mars gaan, ze zullen niet dezelfde bescherming hebben als op aarde. Ze hebben alleen de bescherming van de heliosfeer, die in grootte fluctueert gedurende de 11-jarige cyclus van de zon.

In elke zonnecyclus, de zon gaat door perioden van intense activiteit en krachtige zonnewinden, en rustigere periodes. Als een ballon, als de wind gaat liggen, de heliosfeer loopt leeg. Wanneer het oppakt, de heliosfeer breidt zich uit.

"Het effect dat de heliosfeer heeft op kosmische straling maakt menselijke verkenningsmissies met een langere duur mogelijk. het stelt mensen in staat om Mars te bereiken, " zei Arik Posner, een heliofysicus op het NASA-hoofdkwartier in Washington, D.C. "De uitdaging voor ons is om de interactie van kosmische straling met de heliosfeer en zijn grenzen beter te begrijpen."

Anatomie van de heliosfeer

Er is enige discussie over de precieze vorm van de heliosfeer. Echter, wetenschappers zijn het erover eens dat het verschillende lagen heeft. Laten we de lagen van binnen naar buiten bekijken:

• Beëindigingsschok:alle grote planeten in ons zonnestelsel bevinden zich in de binnenste laag van de heliosfeer. Hier, de zonnewind komt op volle snelheid uit de zon, ongeveer een miljoen mijl per uur, voor miljarden kilometers, onaangetast door de druk van de melkweg. De buitengrens van deze kernlaag wordt de terminatieschok genoemd.
• Heliosheath:Voorbij de beëindigingsschok is de heliosheath. Hier, de zonnewind beweegt langzamer en buigt af als hij wordt geconfronteerd met de druk van het interstellaire medium buiten.
• Heliopauze:De heliopauze markeert de scherpe, laatste plasmagrens tussen de zon en de rest van de melkweg. Hier, de magnetische velden van de zonne- en interstellaire winden drukken tegen elkaar op, en de druk van binnen en van buiten is in evenwicht.
• Buitenste Heliosheath:Het gebied net voorbij de heliopauze, die nog steeds wordt beïnvloed door de aanwezigheid van de heliosfeer, wordt de buitenste helioschede genoemd.

Hoe we de buitenste regionen van de heliosfeer bestuderen

Veel NASA-missies bestuderen de zon en de binnenste delen van de heliosfeer. Maar slechts twee door mensen gemaakte objecten hebben de grens van het zonnestelsel overschreden en zijn de interstellaire ruimte binnengegaan.

1977, NASA lanceerde Voyager 1 en Voyager 2. Elk ruimtevaartuig is uitgerust met instrumenten om de magnetische velden en de deeltjes waar het direct doorheen gaat te meten. Na langs de buitenste planeten te zijn geslingerd op een grote tour, ze verlieten respectievelijk de heliopauze in 2012 en 2018 en bevinden zich momenteel in de buitenste heliosheath. Ze ontdekten dat kosmische straling buiten de heliopauze ongeveer drie keer intenser is dan diep in de heliosfeer.

Echter, de foto die de Voyagers schilderen is onvolledig.

"Proberen de hele heliosfeer te achterhalen vanaf twee punten, Reiziger 1 en 2, is als proberen het weer in de hele Stille Oceaan te bepalen met behulp van twee weerstations, ' zei Christiaan.

De Voyagers werken samen met de Interstellar Boundary Explorer (IBEX) om de heliosfeer te bestuderen. IBEX is een 176 pond, satelliet ter grootte van een koffer, gelanceerd door NASA in 2008. Sindsdien IBEX draait in een baan om de aarde, uitgerust met telescopen die de buitengrens van de heliosfeer observeren. IBEX vangt en analyseert een klasse van deeltjes genaamd energetisch neutrale atomen, of ENA's, die zijn pad kruisen. ENA's vormen waar het interstellaire medium en de zonnewind elkaar ontmoeten. Sommige ENA's stromen terug naar het centrum van het zonnestelsel - en IBEX.

"Elke keer dat je een van die ENA's verzamelt, je weet uit welke richting het kwam, " zei McComas, hoofdonderzoeker van IBEX. "Door veel van die individuele atomen te verzamelen, je bent in staat om dit binnenstebuiten beeld van onze heliosfeer te maken."

in 2025, NASA zal de Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) lanceren. De ENA-camera's van IMAP hebben een hogere resolutie en zijn gevoeliger dan die van IBEX.

Mysteries in overvloed

In 2009, IBEX gaf een bevinding terug die zo schokkend was dat onderzoekers zich aanvankelijk afvroegen of het instrument misschien niet goed werkte. Die ontdekking werd bekend als het IBEX-lint - een band aan de hemel waar de ENA-emissies twee of drie keer helderder zijn dan de rest van de lucht.

"Het lint was totaal onverwacht en door geen enkele theorie voorzien voordat we de missie vlogen, " zei McComas. Het is nog steeds niet helemaal duidelijk wat de oorzaak is, maar het is een duidelijk voorbeeld van de mysteries van de heliosfeer die nog moeten worden ontdekt.

"Onze zon is een ster zoals miljarden andere sterren in het universum. Sommige van die sterren hebben ook astrosferen, zoals de heliosfeer, maar dit is de enige astrosfeer waar we ons in bevinden en die we nauwkeurig kunnen bestuderen, " zei Justyna Sokol, een onderzoekswetenschapper aan het Southwest Research Institute in San Antonio, Texas. "We moeten vanuit onze buurt beginnen om zoveel meer te leren over de rest van het universum."