Που βρίσκεται η άκρη του ηλιακού μας συστήματος;

Φέρνοντας στο μυαλό μας το ηλιακό σύστημα, βλέπουμε τον ήλιο στο κέντρο και μια αλληλουχία πλανητών να περιφέρονται γύρω από αυτόν. Σε κάποιο σημείο, ίσως τέσσερα με πέντε δισεκατομμύρια χιλιόμετρα από τον ήλιο, μια απόσταση περίπου ίση με την ‘ακτίνα’ της τροχιάς του Ποσειδώνα, θα μπορούσαμε να χαράξουμε μια νοητή κυκλική γραμμή και να πούμε πως οτιδήποτε βρίσκεται στο εσωτερικό της ανήκει στο ηλιακό μας σύστημα και ότι βρίσκεται πέρα από αυτή δεν ανήκει στο ηλιακό σύστημα. Όμως αυτό το φανταστικό όριο, δεν είναι μόνον αυθαίρετο. Είναι και λάθος.

Πολύ πέρα από αυτό το όριο, υπάρχουν παγωμένα αστρονομικά αντικείμενα, τα επονομαζόμενα υπερ-ποσειδώνια αντικείμενα (Τrans-Neptunian Οbjects=TNOs), που εξακολουθούν να αλληλεπιδρούν βαρυτικά με τον ήλιο. Μερικά TNOs περιφέρονται γύρω από τον ήλιο σε έναν επίπεδο τόρο που ονομάζεται ζώνη Kuiper, και άλλα περιφέρονται πολύ πολύ πιο μακριά, σε μια σφαιρική περιοχή που ονομάζεται νέφος του Oort που εκτείνεται έως ένα τρισεκατομμύριο χιλιόμετρα γύρω από τον ήλιο μας. Σε αυτή την κλίμακα, ακόμη και οι εξωτερικοί πλανήτες που περιφέρονται γύρω από τον ήλιο φαίνονται να στριμώχνονται πολύ κοντά σ’ αυτόν.
Ο καθορισμός τέτοιων εξωτερικών ορίων εξαρτάται από το πώς ορίζουμε τι είναι το ηλιακό σύστημα και το τι υπάρχει έξω από αυτό.

Tον Σεπτέμβριο του 2013, όταν το θρυλικό διαστημικό σκάφος Voyager 1 απείχε «μόλις» 19 δισεκατομμύρια χιλιόμετρα από τη Γη, η NASA ανακοίνωσε ότι το διαστημόπλοιο είχε εισέλθει στο διαστρικό διάστημα από τον Αύγουστο του 2012. Εκείνη την εποχή, πολλοί άνθρωποι αναρωτήθηκαν αν το Voyager ξεπέρασε πράγματι τα όρια του ηλιακού μας συστήματος, θέτοντας για άλλη μία φορά το ερώτημα: που «τελειώνει» το ηλιακό σύστημα;

Θεωρώντας τα TNOs της ζώνης Kuiper και του νέφους Oort μέρος του ηλιακού μας συστήματος, τότε θα μπορούσε να πει κανείς ότι το Voyager 1 βρισκόταν και εξακολουθεί να βρίσκεται ακόμα μέσα στο ηλιακό σύστημα. Επιπλέον, εξακολουθεί να βρίσκεται πιο κοντά στον ήλιο σε σχέση με τα περισσότερα TNOs στα μαύρα βάθη του διαστήματος.

Οι διαφωνίες προκύπτουν λόγω των δύο διαφορετικών τρόπων σκέψης για το πως ορίζεται το ηλιακό σύστημα:
● στην μια περίπτωση θεωρούμε την βαρυτική επίδραση του ήλιου που ασκείται στα αντικείμενα που περιφέρονται γύρω του, και
● στην άλλη θεωρούμε την μαγνητική του επίδραση, που φθάνει στο βαθύ διάστημα από τον ηλιακό του άνεμο.

Θεωρώντας τον πρώτο τρόπο σκέψης, τα αντικείμενα που περιφέρονται γύρω από τον ήλιο εξαιτίας της βαρυτικής αλληλεπίδρασης με αυτόν, τα όρια του ηλιακού μας συστήματος καθορίζονται από το νέφος του Oort, που εκτείνεται έως 100.000 AU (αστρονομικές μονάδες) από τον ήλιο.

Όμως ακολουθώντας το δεύτερο σκεπτικο, επιστήμονες της NASA, θεωρούν ότι τα Voyager 1 και 2 βρίσκονται ήδη στο διαστρικό διάστημα

Ο ηλιακός άνεμος είναι ένα ρεύμα υποατομικών σωματιδίων που ο ήλιος εκτοξεύει συνεχώς στο διάστημα. Ρέει μακριά από τον ήλιο με μεγάλη ταχύτητα, σχεδόν δύο εκατομμύρια χιλιόμετρα την ώρα, και αποτελείται από ηλεκτρόνια, πρωτόνια, νετρόνια και μερικούς βαρύτερους ατομικούς πυρήνες. Δεν είναι σαφές τι επιταχύνει τον άνεμο σε τόσο υψηλές ταχύτητες. Οι επιστήμονες γνωρίζουν ότι ο μαγνητισμός του ήλιου είναι η κινητήρια δύναμη, αλλά ο ακριβής μηχανισμός εξακολουθεί να μην είναι κατανοητός.

Αν ο χώρος ήταν πραγματικά κενός, ο ηλιακός άνεμος θα επεκτεινόταν συνεχώς μέσα στον Γαλαξία μας, και επειδή κινείται με τόσο μεγάλη ταχύτητα, τελικά θα έβγαινε έξω κι από αυτόν. Αλλά το διάστημα δεν είναι κενό. Ο τεράστιος όγκος ανάμεσα στα άστρα στην πραγματικότητα περιέχει ύλη, πολύ αραιή: περίπου ένα υποατομικό σωματίδιο ανά κυβικό εκατοστό κατά μέσο όρο (αν και αυτό μπορεί να μεταβάλλεται, ανάλογα με το πού ακριβώς βρίσκεστε στο διάστημα). Ο αέρας που αναπνέετε αυτή τη στιγμή είναι περίπου 10 εκατομμύρια φορές πυκνότερος, επομένως η διαστρική ύλη είναι πράγματι αραιή, αλλά είναι αρκετή.

Καθώς ο ηλιακός άνεμος εισχωρεί σ’ αυτό αραιό κοσμικό αέριο, χάνει την ορμή του, επιβραδύνεται και τελικά σταματά. Έτσι καθορίζεται η ηλιόπαυση, το εξωτερικό όριο της ηλιόσφαιρας, ο όγκος του διαστήματος που κυριαρχείται από τον ηλιακό άνεμο του ήλιου. Στην περιοχή της ηλιόπαυσης, η μαγνητική επιρροή του ήλιου μειώνεται και αυτή του διαστρικού μέσου – το διαστρικό υλικό – ενισχύεται.

Αυτή ακριβώς είναι η μετάβαση που εντόπισε για πρώτη φορά το Voyager 1 το 2012. Αρκετές μετρήσεις έδειξαν ότι το διαστρικό μέσο κυριαρχούσε στην περιοχή του διαστήματος από το οποίο περνούσε το διαστημόπλοιο και ότι είχε αφήσει πίσω του την ηλιόσφαιρα. Έτσι, ενώ το Voyager 1 ήταν ακόμα καλά μέσα στο ηλιακό σύστημα (θεωρώντας ως όριο την ζώνη των ΤΝΟs), ο χώρος γύρω του επηρεαζόταν περισσότερο από τον ίδιο τον γαλαξία παρά από τον ήλιο. Παρά το όνομά της, η ηλιόσφαιρα δεν είναι σφαίρα, αλλά έχει ένα επίμηκες σχήμα, με το μπροστινό μέτωπο να απέχει περίπου 120 AU (αστρονομικές μονάδες) από τον ήλιο, ενώ δημιουργείται μια μακριά ουρά που εκτείνεται τουλάχιστον 350 AU από τον ήλιο, προς την αντίθετη κατεύθυνση.

Ως συνήθως, όταν ασχολείστε με επιστημονικά ζητήματα, πρέπει να προσέχετε τον καθορισμό της ορολογίας σας. Το 2012-13, όταν προκλήθηκαν πολλές διχογνωμίες σχετικά με το Voyager 1, αν είχε ή όχι εγκαταλείψει το ηλιακό μας σύστημα και το κόμικ xkcd διασκέδασε αυτές τις διαφωνίες με την παρακάτω εικόνα:

Η NASA αργότερα επιβεβαίωσε, μετά από επανεξέταση των δεδομένων της, ότι το διαστημόπλοιο είχε πράγματι εισέλθει στο διαστρικό διάστημα το 2012. Αλλά εκείνη την εποχή ήταν περίπλοκο και δύσκολο να οριστεί πού τελειώνει η ηλιόσφαιρα του ήλιου.

H περίπτωση της ηλιόσφαιρας θυμίζει τον προβληματισμό για το που τελειώνει η γήινη ατμόσφαιρα της Γης και που αρχίζει το διάστημα. Και στις δύο περιπτώσεις, έχουμε να κάνουμε με ένα είδος ατμόσφαιρας, στην περίπτωση του ηλιακού συστήματος, την ηλιόσφαιρα που δημιουργείται από τον ηλιακό άνεμο. Η διαφορά εδώ είναι ότι η ατμόσφαιρα της Γης εξαφανίζεται σταδιακά με το υψόμετρο, μέχρι να ταυτιστεί με το σχεδόν κενό του διαστήματος, ενώ η ηλιόσφαιρα έχει ένα όριο. Αυτή η ουδέτερη ζώνη (για να δανειστούμε ένα ένα όρο από το Star Trek) είναι ευρεία, – δεκάδες δισεκατομμύρια χιλιόμετρα – αλλά είναι μικρή σε σύγκριση με το τεράστιο μέγεθος της ίδιας της ηλιόσφαιρας.

Με το Voyager 1 να έχει περάσει εδώ και καιρό τη διαστρική έκδοση της γραμμής Kármán (τό όριο μεταξύ γήινης ατμόσφαιρας και διαστήματος), είναι σε καλό δρόμο προς τον Γαλαξία. Ακόμη και μετά από 46 χρόνια ταξιδιού, εξακολουθεί να σπάει τα όρια.

Πηγή: physicsgg