Гелиосфера - область околосолнечного пространства, в которой плазма солнечного ветра движется относительно Солнца со сверхзвуковой скоростью. Извне гелиосфера ограничена бесстолкновительной ударной волной, возникающей в солнечном ветре из-за его взаимодействия с межзвёздной плазмой и межзвёздным магнитным полем.
    Первые 10 миллиардов километров скорость солнечного ветра составляет около миллиона километров в час. По мере того, как он сталкивается с межзвёздной средой, происходит его торможение и смешение с ней. Граница, на которой происходит замедление солнечного ветра, носит название гелиосферной границы ударной волны; граница, вдоль которой уравновешивается давление солнечного ветра и межзвёздной среды, носит название гелиопаузы; граница, на которой происходит столкновение межзвёздной среды с набегающим солнечным ветром - головная ударная волна.

ГЕЛИОСФЕРА

    Расстояние границы гелиосферы от Солнца определяется балансом динамического давления солнечного ветра и давления межзвёздного газа и магнитного поля. Так как Солнечная система движется относительно межзвёздной среды со скоростью 20-25 км/с, то гелиосфера несферична. Теоретические оценки и косвенные экспериментальные данные показывают, что минимальное расстояние ударной волны от Солнца равно 50-200 а.е., а расстояние контактной поверхности (гелиопаузы) от ударной волны примерно в 2-3 раза меньше. Поскольку межзвёздный газ движется относительно Солнца со сверхзвуковой скоростью, то за контактной поверхностью находится, внешняя ударная волна (головная), в которой происходит торможение межзвёздной плазмы. На больших расстояниях от Солнца (более 10 а. е.) солнечный ветер влияет только на движение ионизованного компонента межзвёздной среды. На движение нейтральных атомов солнечная радиация и другие факторы начинают заметно влиять только на расстояниях примерно 5 а. е. от Солнца.

ГЕЛИОСФЕРА

    Понятие «гелиосфера» является частным примером более общего явления - астросферы («пузырь звёздного ветра»). При этом физика формирования и существования пузырей в основном аналогична физике гелиосферы.


    ВНУТРЕННЯЯ СТРУКТУРА:

    • Солнце: солнечный ветер

    Солнечный ветер представляет собой поток частиц (ионизированных атомов солнечной короны) и полей, в частности, магнитных. По мере того как Солнце вращается, делая оборот за 27 суток, магнитное поле, переносимое солнечным ветром, принимает форму спирали.

    • Солнце: гелиосферный токовый слой

    Гелиосферный токовый слой представляет собой «рябь» в гелиосфере, которая создаётся магнитным полем Солнца, вращающимся и меняющим свою полярность. Гелиосферный токовый слой представляет собой поверхность в пределах Солнечной системы, при пересечении которой изменяется полярность магнитного поля Солнца. Эта поверхность простирается вдоль экваториальной плоскости Солнца и достигает границ гелиосферы. Гелиосферный токовый слой вращается вместе с Солнцем, делая один оборот за 27 дней.В процессе вращения Солнца его магнитное поле извивается в особой формы спираль.

Гелиосферный токовый слой (показан до орбиты Юпитера)

ГЕЛИОСФЕРА

    ВНЕШНЯЯ СТРУКТУРА:
    Внешняя структура гелиосферы определяется взаимодействием солнечного ветра с потоком частиц в межзвёздном пространстве. Потоки солнечного ветра движутся во все стороны от Солнца, вблизи Земли имея скорости в несколько сотен километров в секунду. На определённом расстоянии от Солнца, далеко за орбитой Нептуна, этот сверхзвуковой поток начинает снижать свою скорость. Это торможение происходит в несколько этапов:

ГЕЛИОСФЕРА

    • Гелиосферная ударная волна

    Граница ударной волны - это поверхность внутри гелиосферы, на которой происходит резкое замедление солнечного ветра до звуковых скоростей (относительно скорости самого Солнца). Это происходит из-за того, что вещество солнечного ветра «наталкивается» на межзвёздное вещество. Полагают, что в нашей Солнечной системе граница ударной волны находится на расстоянии 75-90 астрономических единиц (около 11-13,5 млрд км). В 2007 году Вояджер-2 пересёк границу ударной волны. (Фактически он пересекал её пять раз, из-за того, что граница непостоянна и меняет свое расстояние от Солнца в результате колебаний солнечной активности и испускаемого Солнцем вещества).
    Ударная волна возникает потому, что частицы солнечного ветра движутся со скоростью около 400 км/с, в то время как скорость звука в межзвёздном пространстве составляет примерно 100 км/с (точное значение зависит от плотности, и потому может меняться). Хотя межзвёздное вещество имеет очень малую плотность, оно все-таки создаёт постоянное, хоть и незначительное давление, которого на определённом расстоянии от Солнца становится достаточно, чтобы затормозить солнечный ветер до звуковых скоростей. В этом месте и возникает ударная волна.

НОВЫЕ ДАННЫЕ

Свидетельства, представленные Эдом Стоуном на встрече Американского Геофизического союза в мае 2005 года, утверждают, что космический аппарат Вояджер-1 пересёк границу ударной волны в декабре 2004, когда находился на расстоянии 94 а. е. от Солнца. Такой вывод был сделан по изменению показателей магнитного поля, получаемых с аппарата. Аппарат Вояджер-2, в свою очередь, зафиксировал обратное движение частиц уже на расстоянии 76 а. е. в мае 2006 г. Это говорит о несколько несимметричной форме гелиосферы, северная половина которой больше южной.     В июне 2011 года было объявлено, что благодаря исследованиям «Вояджеров» стало известно, что магнитное поле на границе Солнечной системы имеет структуру, похожую на пену. Это происходит из-за того, что намагниченные материя и мелкие космические объекты образуют местные магнитные поля, которые можно сравнить с пузырями.

НОВЫЕ ДАННЫЕ

    • Гелиосферная мантия

    Гелиосферная мантия - область гелиосферы за пределами ударной волны. В ней солнечный ветер тормозится, сжимается и его движение приобретает турбулентный характер. Гелиосферная мантия начинается на расстоянии 80-100 а. е. от Солнца. Однако, в отличие от внутренней области гелиосферы, мантия не имеет сферической формы. Её форма скорее похожа на вытянутую кометную кому, простирающуюся в противоположном движению Солнца направлении. Толщина мантии со стороны набегающего межзвёздного ветра намного меньше, чем с противоположной.

    • Гелиопауза

    Гелиопауза - теоретическая граница, на которой происходит окончательное торможение солнечного ветра. Его давление уже неспособно оттеснять межзвёздное вещество из Солнечной системы и происходит перемешивание вещества солнечного ветра с межзвёздным.
    Согласно одной из гипотез, между головной ударной волной и гелиопаузой существует область, заполненная горячим водородом, называемая водородной стеной. Эта стена содержит межзвёздное вещество, сжатое взаимодействием с гелиосферой. Когда частицы, испускаемые Солнцем, сталкиваются с частицами межзвёздного вещества, они теряют свою скорость, преобразовывая кинетическую энергию в тепловую, что приводит к формированию области нагретого газа.
    В качестве альтернативы предлагается определение, что гелиопауза - это магнитопауза, граница, ограничивающая солнечную магнитосферу, за которой начинается общегалактическое магнитное поле.

НОВЫЕ ДАННЫЕ

В декабре 2011 аппарат «Вояджер-1» был примерно в 119 а. е. (17,8 млрд км) от Солнца и долетел до так называемого региона стагнации - последнего рубежа, отделяющего аппарат от межзвёздного пространства. Область стагнации представляет собой регион с довольно сильным магнитным полем (индукция резко возросла почти в два раза по сравнению с предыдущими значениями) - давление заряженных частиц со стороны межзвёздного пространства заставляет поле, создаваемое Солнцем, уплотняться. Кроме этого, аппарат зарегистрировал рост количества высокоэнергетических электронов (примерно в 100 раз), которые проникают в Солнечную систему из межзвёздного пространства.     В первой половине 2012 года «Вояджер-1» вышел на границу межзвёздного пространства. Датчики автоматической станции с января по начало июня зафиксировали рост уровня галактических космических лучей - высокоэнергетических заряженных частиц межзвёздного происхождения - на 25%. Кроме того, датчики зонда зафиксировали резкое снижение количества заряженных частиц, исходящих от Солнца. Эти данные указали учёным, что «Вояджер-1» приближается к границе гелиосферы и вскоре выйдет в межзвёздное пространство.     В конце августа 2012 года датчики аппарата зафиксировали резкое снижение регистрируемых частиц солнечного ветра. В отличие от предыдущих подобных случаев, в этот раз тенденция к снижению сохранилась. В 2012 или 2013 году «Вояджер-1» вышел за пределы гелиосферы, в межзвёздное пространство

НОВЫЕ ДАННЫЕ

    • Головная ударная волна

    Гипотеза утверждает, что Солнце так же создаёт ударную волну при движении через межзвёздное вещество. Эта ударная волна имеет форму дуги натянутого лука, из-за чего и получила своё второе название - дуговая. Она подобна волне, возникающей на водной поверхности перед носом движущегося судна, и возникает по тем же самым причинам. Головная волна возникнет в случае, если межзвёздное вещество движется навстречу Солнцу со сверхзвуковой скоростью. «Ударяясь» о гелиосферу, межзвёздный ветер тормозится и формирует ударную волну аналогичную волне, которая формируется внутри гелиосферы при торможении солнечного ветра.

Снимок и художественное представление головной ударной волны, создаваемой звездой R Гидры.

ГЕЛИОСФЕРА

Головные ударные волны вокруг быстродвижущихся звёзд. Изображения сделаны космическим телескопом Хаббл в период с октября 2005 по июль 2006 года.

ГЕЛИОСФЕРА

    Ударной волны, однако, может вовсе не существовать. В исследовании, опубликованном на основе анализа данных зонда IBEX, утверждается, что скорость движения гелиосферы через межзвездное вещество недостаточно велика (84000 километров в час вместо ранее предполагавшихся 95000) для этого. Эти выводы подтверждаются и данными аппаратов Вояджер.