Солнечная система «в профиль»

Наше Солнце — типичная звезда, поэтому его изучение даёт нам ключ к пониманию и тех процессов, которые происходят с другими звёздами. Однако для исследователей есть одно важное различие в «точках зрениях»: другие звёзды мы наблюдаем только со стороны, а Солнце — только из ближайших окрестностей.

Попытку «увидеть» нашу Солнечную систему со стороны в инфракрасном диапазоне предприняли Иван Заболотный и Владислав Измоденов, сотрудники лаборатории межпланетной среды отдела физики планет ИКИ РАН, а также МГУ им. М. В. Ломоносова и Высшей школы экономики. Их интересовал один из аспектов этой проблемы — свечение межзвёздной пыли и её распределение в окрестности Солнца в зависимости от изменений солнечной активности.

Некоторые звёзды, и наше Солнце в их числе, испускают поток высокоскоростной плазмы. Его называют звёздным ветром, а область пространства, занятую звёздным ветром, — астросферой (в случае нашего Солнца, — солнечным ветром и гелиосферой). Когда звезда движется относительно локальной межзвёздной среды, то звёздный ветер взаимодействует с ней, и в результате перед звездой формируется особая пограничная область, которую называют ударным слоем. Она обычно находится очень далеко от звезды, у Солнца — на расстоянии более 90 астрономических единиц, то есть примерно в два раза дальше, чем пояс Койпера.

Ударные слои других звёзд мы можем наблюдать, в частности, благодаря межзвёздной пыли — мелким частицам размерами от нескольких нанометров до нескольких микрометров (10^-9 – 10^-6 м). Пыль проникает в ударный слой, нагревается звездой и испускает тепловое излучение в инфракрасном диапазоне. Так, излучая, она может продолжать своё путешествие уже внутри астросферы, где на неё оказывает существенное влияние магнитное поле и активность самой звезды.

Вблизи Солнца частицы межзвёздной пыли наблюдали такие аппараты как Ulysses, Cassini и Stardust (NASA). В «нашем» ударном слое до сих пор побывали только два аппарата — Voyager 1 и 2 (NASA), которые уже вышли в межзвёздную среду. Наблюдать же свечение межзвёздной пыли в ударном слое нашего Солнца с Земли практически невозможно, так как её сложно разглядеть через облако «родной» межпланетной пыли, в котором мы живём.

Чтобы ответить на вопрос «как же выглядит гелиосфера для наблюдателя извне?», исследователи разработали численную модель распределения межзвёздной пыли в гелиосфере. В модели предполагается, что межзвёздная пыль состоит по преимуществу из силикатных частиц, о чём свидетельствуют данные регистрировавших её аппаратов. Также она учитывала ускорение частиц на границах гелиосферы и вариации межпланетного магнитного поля (ММП) — электромагнитного поля плазмы солнечного ветра, которые связаны с солнечной активностью.

В результате моделирования, в частности, оказалось, что совсем мелкие частицы пыли размером менее 100 нм внутрь гелиосферы не проникают, задерживаясь во внешнем ударном слое. А вот более крупные пылинки попадают внутрь — «во власть» межпланетного магнитного поля, которое начинает определять их путь внутри гелиосферы.

Полученный в результате моделирования «инфракрасный портрет» Солнечной системы показывает её вид для внешнего наблюдателя.

Наблюдающиеся на изображении «волны» — это следствия 22-летнего цикла солнечной активности, в основе которого лежит смена магнитных полюсов. Расстояния между их «пиками» зависит от периода смены и движения Солнца относительно локальной межзвёздной среды.

Весьма вероятно, что подобная активность других звёзд также будет влиять на распределение межзвёздной пыли внутри астросфер, а значит, наблюдая за ними, мы можем детальнее изучать циклы активности других звёзд.

Статья с результатами работы была принята к публикации в журнале Astronomy and Astrophysics.

Исследование выполнено при поддержке Российского научного фонда, проект № 25-12-00240.