شواهد جدید نشان می‌دهد همسایگی زمین در فضا پر از هیدروژن است

اين ناحيه که فقط با يک مرز مغناطيسي نامرئي مشخص شده است، جايي است که فضاي تحت سلطه خورشيد به پايان مي‌رسد که آنجا نيز نزديک‌ترين فاصله با محيط ميان ستاره‌اي است.

در اين مکان، ذرات و نوري که توسط ۱۰۰ ميليارد ستاره کهکشان ما ساطع شده است با بقاياي باستاني بيگ بنگ برخورد مي‌کنند. ترکيب اين ذرات و نور با يکديگر به عنوان محيط ميان ستاره‌اي شناخته مي‌شود. بررسي ساختار آن به دانشمندان اطلاعاتي درباره گذشته منظومه شمسي مي‌دهد و ممکن است حقايقي از آينده آن را نيز براي آنها روشن کند.

اندازه گيري‌هاي فضاپيماي "نيوهورايزنز" ناسا اخيرا اطلاعاتي جديد درباره ويژگي اصلي محيط ميان ستاره‌اي در اختيار دانشمندان قرار داده است و آن اندازه ضخامت آن محيط است.

يافته‌هاي منتشر شده در مجله "Astrophysical " نشان مي‌دهد که محيط ميان ستاره‌اي تقريباً ۴۰ درصد بيشتر از آنچه پيشتر دانشمندان گفته‌اند داراي اتم‌هاي هيدروژن است. اين يافته‌ها اطلاعات جديدي درباره محيط کهکشان ما در فضا در اختيار دانشمندان قرار مي‌دهد.

همانطور که زمين به دور خورشيد مي‌چرخد، کل منظومه شمسي ما نيز با سرعت بيش از ۵۰ هزار مايل در ساعت در کهکشان راه شيري، حرکت مي‌کند. هنگامي که از محيط مه آلود ذرات ميان ستاره‌اي عبور مي‌کنيم، با حباب مغناطيسي اطراف خورشيد خود که به عنوان هليوسفر شناخته مي‌شود، محافظت مي‌شويم.

بسياري(اما نه همه) از گازهاي ميان ستاره‌اي در اطراف اين حباب جريان دارند. هليوسفر ذرات باردار را که توسط ميدان‌هاي مغناطيسي هدايت مي‌شوند، دفع مي‌کند. اما بيش از نيمي از گازهاي ميان ستاره‌اي محلي خنثي هستند و اين به اين معنا است که تعداد پروتون و الکترون آنها يکسان است.

"اريک کريستين" (Eric Christian) ، فيزيکدان فضايي مرکز پرواز فضايي گادرد ناسا گفت: اين پديده مثل اين است که از فضاي مه آلود سنگيني عبور مي‌کنيد و آب همراهتان داريد و همانطور که مي‌دويد، لباس‌هاي خود را کاملا خيس مي‌کنيد و اين موضوع سرعت شما را کمتر مي‌کند.

 پس از حرکت آهسته آن اتم‌هاي ميان ستاره‌اي به هليوسفر، آنها توسط نور خورشيد فشرده مي‌شوند و توسط ذرات باد خورشيدي با يکديگر برخورد مي‌کنند. بسياري از آنها الکترون‌هاي خود را در اين جريان پر هياهو از دست مي‌دهند و تبديل به "يون‌هاي پيکاپ"(pickup ions) با بار مثبت مي‌شوند. اين جمعيت جديد از ذرات، اگرچه تغيير يافته است، اما همچنان در دل خود رازهايي را پشت جريان مه آلود پنهان کرده‌اند. در علوم خورشيدي، يون‌هاي پيکاپ هليوسفر وقتي ايجاد مي‌شوند که ذرات خنثي درون هليوسفر يا توسط اشعه فرا بنفش خورشيدي يا تبادل بار با پروتون‌هاي باد خورشيدي يا تحت تأثير الکترون يونيزه شوند.

"پاول سواچينا" (Pawel Swaczyna)، محقق مقطع فوق دکترا از دانشگاه پرينستون و نويسنده اصلي مطالعه گفت: ما توسط نيوهورايزنز موفق به انجام مشاهدات مستقيمي از اتم‌هاي ميان ستاره اي نشديم اما مي‌توانيم اين يون‌هاي پيکاپ را مشاهده کنيم. آنها يک الکترون خود را از دست داده‌اند، اما ما مي‌دانيم که آنها به عنوان اتم‌هاي خنثي خارج از هليوسفر به زمين رسيده‌اند.

فضاپيماي نيوهورايزنز ناسا که در ژانويه ۲۰۰۶ به فضا پرتاب شد، بهترين گزينه براي اندازه گيري آنها است. نيوهورايزنز (New Horizons) که افق‌هاي نو نيز ناميده مي‌شود، فضاپيماي رباتيک ناسا و بخشي از برنامه‌هاي فضايي مرزهاي نو است که در ۱۹ فوريهٔ ۲۰۰۶ ميلادي به‌سوي کمربند کويپر حرکت کرد. اين کاوشگر فضايي که آن را کاوشگر بين‌سياره‌اي يا سياره‌پيما هم خوانده‌اند، نخستين فضاپيمايي است که به‌سوي پلوتو پرواز کرد و به مطالعه درباره اين سيارهٔ کوتوله و پنج قمر تاکنون شناخته‌شده آن، به‌ ويژه شارون، پرداخت. اکنون پنج سال از زمان ملاقات آن با پلوتو مي گذرد. در آن زمان اين کاوشگر موفق به ثبت نخستين تصوير نزديک از اين سياره کوتوله شد. امروزه اين کاوشگر از طريق کمربند کويپر در لبه منظومه شمسي که تازه ترين يون‌هاي پيکاپ در آنجا هستند، حرکت مي‌کند.

ابزار SWAP اين کاوشگر مي‌تواند اين يون‌ها را تشخيص دهد و با انرژي بسيار بالاي خود، آنها را از باد طبيعي خورشيد تشخيص دهد. مقدار يون‌هاي پيکاپي که اين فضاپيما تشخيص مي‌دهد، نشان دهنده ضخامت جريان مه آلودي است که اين کاوشگر در حال گذر از آن است. هرچه نيوهورايزنز يون‌هاي پيکاپ بيشتري مشاهده کند، دانشمندان درمي‌يابند مه ميان ستاره‌اي بايد تراکم و ضخامت بيشتري داشته باشد.

محققان از اندازه گيري SWAP براي استخراج چگالي هيدروژن خنثي در جايي که باد خورشيد در برابر محيط بين ستاره‌اي قرار مي گيرد و ناگهان سرعت باد خورشيدي کاهش مي‌يابد استفاده کردند. پس از ماه‌ها بررسي و آزمايش دقيق، تعداد اتم‌هايي که آنها دريافتند ۰.۱۲۷ ذره در سانتي متر مکعب يا حدود ۱۲۰ اتم هيدروژن در فضايي به اندازه يک چهارم گالن شير(a quart of milk) بود.

يافته‌هاي اين مطالعه، نتيجه يک مطالعه انجام شده در سال ۲۰۰۱ را که توسط کاوشگر وويجر ۲ براي اندازه گيري ميزان سرعت باد خورشيدي و اينکه چقدر طول مي‌کشد تا سرعت بادخورشيدي در طول زمان کاهش يابد انجام شده بود، تأييد کرد.

آنها دريافته بودند کاهش سرعت بادخورشيدي عمدتا به دليل دخالت ذرات محيط ميان ستاره‌اي است که اين موضوع نيز نشان دهنده تراکم هيدروژن ميان ستاره‌اي در حدود ۱۲۰ اتم هيدروژن در يک فضاي چهارگوش است. اما مطالعات اخير عدد ديگري را نشان مي‌دهد. طي اين مطالعه دانشمندان با استفاده از داده‌هاي مأموريت اوليس ناسا، از فاصله کمي نزديک به خورشيد نسبت به مشتري، يون‌هاي پيکاپ را اندازه گيري کردند و چگالي را حدود ۸۵ اتم هيدروژن در يک چهارم فضا تخمين زدند.

چند سال بعد، يک تحقيق متفاوت که ترکيب داده‌هاي اوليس و ويجر بود نيز نتيجه مشابهي را بدست آورد. سواچينا گفت: مي‌دانيد اگر در تحقيق چيزي متفاوت از مطالعات قبلي را کشف کرديد، کار طبيعي اين است که به دنبال اشتباهات خود بگرديد.

اما بعد از کمي بررسي، محققان دريافتند که در مطالعه داده‌هاي اوليس و ويجر در بخش محاسبات يک اشتباهي رخ داده و مقدار اعلام شده تعداد اتم  ۳۵ درصد کمتر از حالت اصلي است. به نظر نمي‌رسد رفتن از ۸۵ اتم در يک چهارم گالن شير به ۱۲۰ واحد زياد باشد. با اين حال، در يک علم مبتني بر مدل مانند هليوفيزيک، تغيير يک عدد در همه موارد تأثير مي‌گذارد.

برآورد جديد ممکن است به توضيح يکي از بزرگترين اسرار هليوفيزيک در چند سال گذشته کمک کند. هليوفيزيک اصطلاحي به معناي بررسي فيزيک خورشيد است. چندي بعد دانشمندان اولين مجموعه کامل داده‌هاي کاوشگر مرز ميان‌ستاره‌اي ناسا را مورد بررسي قرار دادند و متوجه يک نوار عجيب از ذرات پرانرژي شدند که از لبه جلويي هليوسفر بيرون آمده است.

آنها آن را "روبان کاوشگر مرز ميان‌ستاره‌اي" ناميدند. "ديويد مک کوماس"(David McComas) استاد علوم اخترفيزيک در دانشگاه پرينستون و محقق اصلي ماموريت کاوشگر مرز ميان‌ستاره‌اي ناسا گفت: تراکم ميان ستاره‌اي ۴۰ درصد بالاتر مشاهده شده در اين مطالعه بسيار مهم است چرا که اين موضوع نشان مي‌دهد که خورشيد ما در يک قسمت بسيار متراکم از فضاي ميان ستاره‌اي قرار دارد.

کاوشگر مرز ميان‌ستاره‌اي(Interstellar Boundary Explorer) يا IBEX نام فضاپيماي رباتيک متعلق به ناسا است و توسط شرکت لاکهيد مارتين و مؤسسه تحقيقات جنوب غربي ساخته و هدايت مي شود. اين کاوشگر ماهواره ناسا در مدار زمين است که از اتم‌هاي خنثي پر انرژي(ENA) براي تصويربرداري از منطقه تعامل بين منظومه شمسي و محيط ميان ستاره اي استفاده مي‌کند.