Aktualności

W dniach 28-29 maja 2018 roku zespół Centrum Informacji Kryzysowej (CIK) Centrum Badań Kosmicznych Polskiej Akademii Nauk (CBK PAN) uczestniczył w ćwiczeniach służb ratowniczych i podmiotów zarządzania kryzysowego pod kryptonimem „Stacja Przeworsk”.

Więcej …
Czy dobrze rozumiemy rezonansowe ciśnienie promieniowania w heliosferze? Drukuj Email
czwartek, 22 listopada 2018 14:08

Na początku tego roku naukowcy z Zakładu Fizyki Układu Słonecznego i Astrofizyki Centrum Badań Kosmicznych PAN opracowali nowy model rezonansowego ciśnienia promieniowania, działającego w heliosferze na atomy wodoru (opis tutaj).  

 

Model ten oparty jest na znacznie większej próbce obserwacyjnej niż poprzednio i lepiej uwzględnia wpływ zmieniającej się aktywności słonecznej na profil słonecznej linii emisyjnej Lyman-α. Dzięki temu powinien dokładniej opisywać siłę pochodzącą od rezonansowego ciśnienia promieniowania, która wraz z siłą grawitacji słonecznej kształtuje tory lotu atomów wodoru w heliosferze. Badając skutki zastosowania nowego modelu w badaniach heliosfery, naukowcy z CBK PAN doszli do niespodziewanych wniosków.

Ciśnienie promieniowania jest istotnym czynnikiem kształtującym rozkład przestrzenny wodoru międzygwiazdowego wewnątrz heliosfery. Badanie wodoru międzygwiazdowego w heliosferze pozwala lepiej zrozumieć, jak heliosfera oddziałuje z otaczającą ją materią międzygwiazdową, oraz jaki jest stan fizyczny tej materii. Dlatego znajomość zmienności siły ciśnienia promieniowania w czasie i jego zależności od odległości od Słońca i prędkości radialnej atomu, na który działa, konieczna jest do skonstruowania wiarygodnego modelu wodoru neutralnego w heliosferze. Rozkład ten w skali globalnej badany jest zdalnie z okolic orbity Ziemi poprzez obserwacje heliosferycznej poświaty rezonansowej w linii Lyman-α, takie jak planowane w ramach przygotowywanego w CBK PAN eksperymentu GLOWS na misji IMAP, a także metodą bezpośredniej detekcji atomów przez detektory na sondach kosmicznych, takie jak eksperyment IBEX-Lo. Poświata heliosferyczna jest efektem fluorescencji atomów wodoru międzygwiazdowego w heliosferze, podświetlonych przez promieniowanie w słonecznej linii widmowej Lyman-α, czyli przez tę samą część promieniowania Słońca, które jest źródłem rezonansowego ciśnienia promieniowania.

Uczeni z CBK PAN - dr Izabela Kowalska-Leszczyńska, prof. Maciej Bzowski, dr Justyna M. Sokół i mgr Marzena A. Kubiak - zbadali, jak zmiana modelu ciśnienia promieniowania wpływa na wodór międzygwiazdowy w heliosferze i populacje cząstek, które z niego powstają. Przede wszystkim porównali rozkłady gęstości w heliosferze, przewidywane przy użyciu starego i nowego modelu ciśnienia promieniowania. Okazało się, że podczas niskiej aktywności słonecznej nowy model przewiduje więcej gazu w pobliżu Słońca niż stary. Odwrotna sytuacja ma miejsce, gdy Słońce jest w maksimum swojej aktywności – wtedy nowy model przewiduje mniej wodoru. Największe różnice występują w obszarze rozciągającym się w kierunku przeciwnym do kierunku napływającego do heliosfery gazu – tam sięgają one aż za orbitę Jowisza.

Autorzy badań sprawdzili też, czy wyznaczenie gęstości wodoru międzygwiazdowego na końcowej fali uderzeniowej wiatru słonecznego, przeprowadzone w 2008 roku przez uczonych z CBK PAN przy zastosowaniu poprzedniego modelu ciśnienia promieniowania na podstawie obserwacji jonów pochwyconych w wietrze słonecznym przez sondę Ulysses, nie zmieni się po zastosowaniu nowego modelu ciśnienia promieniowania. Nowy wynik okazał się statystycznie tożsamy ze starym ze względu na dużą niepewność pomiarową, sięgającą 25%.

Kolejnym aspektem, który został zbadany  był wpływ ciśnienia promieniowania na oczekiwany strumień wodoru międzygwiazdowego, obserwowany przez eksperyment IBEX-Lo. W poprzednich latach badacze ze Stanów Zjednoczonych i Rosji stwierdzili, że stosunki strumieni wodoru widzianych przez ten eksperyment w różnych kanałach energetycznych drastycznie różnią się od wyników modelowania i doszli do wniosku, że powodem może być niedostateczne zrozumienie zachowania się ciśnienia promieniowania Słońca, działającego na atomy wodoru w heliosferze. Obliczenia przeprowadzone przez uczonych z CBK PAN wykazały, że strumienie wodoru obserwowane przez ten eksperyment istotnie są bardzo czułe na ciśnienie promieniowania, ale nawet zastosowanie obecnego, ulepszonego modelu nie likwiduje rozbieżności.

W związku z tym zespół z CBK PAN poddał krytycznej analizie dotychczasowy paradygmat działania ciśnienia promieniowania. Polega on na tym, że jeśli strumień fotonów ze Słońca, do którego proporcjonalna jest siła ciśnienia promieniowania maleje z kwadratem odległości, to siła ciśnienia promieniowania także powinna maleć z kwadratem odległości, podobnie jak siła grawitacji. Wskutek tego stosunek wielkości tych sił nie zmienia się z odległością od Słońca. Uczeni z CBK PAN postawili pytanie, czy takie założenie jest prawdziwe, skoro oddziaływanie wodoru międzygwiazdowego z promieniowaniem Lyman-α Słońca skutkuje rozpraszaniem tego ostatniego. Wykonali obliczenia strat na rozpraszanie strumienia tych fotonów w heliosferze i stwierdzili, że już w niewielkich odległościach od Słońca (rzędu 10 jednostek astronomicznych) straty mogą sięgnąć 30% fotonów w paśmie częstotliwości, na które czuły jest wodór międzygwiazdowy w heliosferze. To sprawia, że efektywne ciśnienie promieniowania spada z odległością od Słońca dużo szybciej niż do tej pory sądzono. Wpływ tej absorpcji na ciśnienie promieniowania jest dużo większy niż różnice pomiędzy dwoma rozważanymi modelami ciśnienia promieniowania. Powinien on być uwzględniony podczas przyszłych symulacji rozkładu gazu w heliosferze, jednak do tego celu potrzebne jest sformułowanie nowego modelu matematycznego zależności ciśnienia promieniowania od lokalizacji w heliosferze. Tak więc badanie, które w zamyśle miało charakter rutynowego sprawdzenia skutków przyjęcia ulepszonego modelu zjawiska, które wydawało się dobrze poznane, w efekcie przyniosło konieczność zbudowania modelu tego zjawiska w zupełnie nowy sposób.

Wyniki te opublikowane zostały niedawno przez zespół autorów pod kierunkiem dr Izabeli Kowalskiej-Leszczyńskiej w artykule opublikowanym w czasopiśmie astrofizycznym The Astrophysical Journal.

 

I. Kowalska-Leszczyńska, M. Bzowski

 
Start Z naszych badań Z naszych badań Czy dobrze rozumiemy rezonansowe ciśnienie promieniowania w heliosferze?
Naszą witrynę przegląda teraz 51 gości 
Joomla! jest wolnym oprogramowaniem dostepnym na licencji GNU GPL