Pentru a înțelege heliosfera, o forță cosmică despre care astrofizicienii cred că ne protejează de radiațiile puternice care emană din univers, imaginați-vă o bulă enormă care înconjoară soarele. Bula este atât de mare încât se extinde mult dincolo de sistemul nostru solar și se deplasează prin spațiu împreună cu soarele. Nimeni nu cunoaște cu adevărat forma heliosferei sau, de altfel, dimensiunea acesteia.

Astrofizicienii știu că în interiorul heliosferei există o furtună constantă de particule încălzite și încărcate care emană de la soare. Ei știu, de asemenea, că în afara heliosferei, spațiul adânc este împânzit de raze cosmice mortale. Și ei cred că pielea heliosferei acționează ca un scut, blocând cea mai mare parte a acestor raze și protejând tot ceea ce se află în interiorul bulei, cel mai important, viața de pe Pământ.

„Cu toții încercăm să înțelegem această bulă”, spune astrofizicianul Merav Opher, profesor asociat de astronomie la Colegiul de Arte & Științe al Universității din Boston.

Acum, datorită unei investiții recente de 12 milioane de dolari din partea NASA în nouă noi centre de cercetare heliosferică la universități din Statele Unite – una dintre cele mai mari inițiative ale agenției spațiale bazate pe centre care vizează o mare provocare – astrofizicienii din întreaga țară, inclusiv Opher, speră să urce ceea ce pare a fi o curbă de învățare foarte abruptă. La BU, găzduit în cadrul Centrului de Fizică Spațială al Universității, Opher va fi cercetătorul principal și liderul unui nou centru științific DRIVE (Diversity, Realize, Integrate, Venture, Educate) al NASA, care a primit 1,3 milioane de dolari. Această echipă, formată din experți pe care Opher i-a recrutat de la alte 11 universități și institute de cercetare, va dezvolta un model predictiv al heliosferei într-un efort pe care echipa l-a numit SHIELD (Solar wind with Hydrogen Ion exchange and Large scale Dynamics).

Echipa SHIELD a lui Opher este însărcinată să găsească răspunsuri la patru întrebări foarte importante: Care este structura generală a heliosferei? Cum evoluează particulele sale ionizate și cum afectează procesele heliosferice? Cum interacționează heliosfera cu mediul interstelar și cum influențează mediul interstelar, materia și radiația care există între stele? Și cum sunt razele cosmice filtrate de heliosferă sau transportate prin ea?

Un al doilea proiect inclus în Centrul științific DRIVE al NASA, condus de BU, va dezvolta un program de informare – destinat studenților de la K-12 și până la facultate – cu scopul de a forma, recruta și reține populațiile subreprezentate în știința plasmei spațiale.

Acest efort va fi condus de Joyce Wong, profesor de inginerie biomedicală la Colegiul de Inginerie al BU și director al programului ARROWS (Advance, Recruit, Retain, and Organize Women in STEM) al BU. Wong va explora noi modalități de a diversifica domeniul plasmei spațiale și de a consolida sentimentul de comunitate în rândul grupurilor subreprezentate, precum și de a extinde eforturile de mentorat care ar putea îmbunătăți diversitatea în rândul candidaților la posturile de profesori.

Pentru Opher, acest aspect al noului centru NASA DRIVE este la fel de important ca și dezvoltarea unui model global predictiv al heliosferei. Fiind una dintre foarte puținele femei din domeniul fizicii spațiale și membră a grupului de lucru LGBTQIA+ al BU, Opher este de mult timp un susținător puternic al creșterii numărului de femei și de grupuri subreprezentate în STEM.

Explorarea necunoscutelor fundamentale

Astăzi, spune Opher, concepții atât de fundamentale precum forma heliosferei rămân subiect de dezbatere. Unele modele sugerează că aceasta seamănă cu o cometă cu o coadă lungă. Cercetările lui Opher, în schimb, dezvăluie un model heliosferic care are mai degrabă forma unui croissant.

Majoritatea a ceea ce știm despre heliosferă, spune ea, provine din patru proiecte principale ale NASA: Voyager 1, Voyager 2, nava spațială New Horizon și hărțile atomilor energetici neutri (ENA) generate de misiunile Interstellar Boundary Boundary Explorer și Cassini. Opher subliniază că două dintre aceste surse, sondele Voyager 1 și Voyager 2, au fost lansate în 1977, având la bord tehnologie concepută în anii 1960. Niciuna dintre aceste sonde spațiale nu a fost concepută pentru a studia heliosfera.

Voyager 1 a fost menită să se uite la Saturn, cea mai mare lună a lui Saturn, și la Jupiter, în timp ce Voyager 2 a fost îndreptată spre Uranus și Neptun – toate destinații aflate bine în limitele heliosferei și ale sistemului nostru solar. Cu toate acestea, în mod uimitor, ambele sonde au continuat dincolo de țintele lor și, mai important, dincolo de pielea heliosferei, de unde continuă să trimită date către Pământ.

Alte sonde spațiale, în special IBEX și Cassini, contribuie, de asemenea, cu date heliosferice, dar Opher spune că modelele acestor date nu au reușit până acum să prezică dimensiunea sau grosimea heliosferei. Ea spune că datele care descriu rolurile jucate de turbulență, reconectare, interacțiuni între particule de undă și conducție în straturile exterioare ale sistemului solar nu au fost încă integrate în modele. Aceasta va fi munca echipei sale, care speră să producă un model predictiv care să ajute cercetătorii să înțeleagă observațiile unei sonde IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe) programată pentru lansare în 2024.

„Modelele pe care le avem acum nu pot prezice răspunsurile”, spune Opher. „Așa că vom construi modele mai bune, iar pentru a face acest lucru am adus experți în multe domenii.”

Experții pe care Opher i-a adunat includ pe John Richardson, cercetător științific principal la Institutul Kavli pentru Astrofizică și Cercetare Spațială de la MIT, care va fi managerul programului SHIELD. Alți colaboratori provin de la MIT, de la Universitatea din Michigan, de la Laboratorul de Fizică Aplicată al Universității Johns Hopkins, de la NASA Goddard, de la Institutul de Tehnologie din California, de la Institutul de Cercetare Southwest, de la Universitatea din Arizona, de la Universitatea Alabama din Huntsville, de la Universitatea Harvard și de la Universitatea Princeton.

Finanțarea de 1,3 milioane de dolari pentru prima fază a inițiativei NASA este menită să ducă Centrul științific DRIVE al lui Opher pe parcursul a doi ani de cercetare. Faza a doua, dacă va fi acordată, va susține alți cinci ani de cercetare cu o finanțare de aproximativ 5 milioane de dolari pe an.

„Ideea este că următoarea etapă va studia lucruri precum efectul heliosferei asupra evoluției vieții”, spune Opher. „Știm, de exemplu, că cantitatea de radiații afectează acoperirea norilor, iar acoperirea norilor este esențială pentru viață. Dacă am ști mai multe despre radiațiile de pe Marte, am putea spune dacă viața a fost vreodată posibilă .”

Pentru astrofizicieni, provocarea intelectuală de a desluși misterele heliosferei este irezistibilă, iar influența heliosferei asupra vieții pe Pământ – și posibil și pe alte planete din alte sisteme solare – este cel mai ispititor obiectiv al căutării lor.

„Merav este un lider mondial în studiul heliosferei”, spune astrofizicianul Avi Loeb, președintele catedrei de astronomie de la Universitatea Harvard. „Nu există nicio persoană în lume care să înțeleagă fizica de bază mai bine decât ea.”

Opher și Loeb au lucrat împreună la un nou studiu privind dimensiunea heliosferei noastre, iar rezultatele vor fi publicate în curând în Nature Astronomy. Loeb spune că cunoașterea dimensiunii heliosferei ne va permite, de exemplu, să măsurăm puterea vântului stelar care o generează.

„Dacă acest vânt stelar este foarte puternic, ar dezbrăca atmosfera planetelor de mărimea Pământului care se află în zona locuibilă a stelei”, spune el. „Acest lucru este deosebit de important pentru stelele cu masă mică… precum vecina noastră cea mai apropiată, Proxima Centauri, care găzduiește o planetă în zona sa locuibilă. Steaua este de sute de ori mai slabă decât și această planetă este de 20 de ori mai aproape de stea decât distanța la care se află Pământul față de . Ca urmare, este expusă unui vânt mai puternic. Știind cât de puternic este acest vânt ne va permite să ne dăm seama dacă atmosfera sa a fost probabil dezbrăcată.”

Datele primite de la navele spațiale de la distanță existente la NASA susțin convingerea că pielea heliosferei protejează Pământul de razele cosmice care zvâcnesc prin spațiul îndepărtat. Porțiunea de raze cosmice care reușește să treacă prin scut, la fel ca tot ceea ce ține de heliosferă, este un subiect de dezbatere, dar se crede că este în jur de 25 la sută, suficient pentru a-i convinge pe oamenii de știință că scutul este esențial pentru viața pe Pământ, și nu numai. Pentru că, la fel ca și sistemul nostru solar, fiecare sistem stelar are propria bulă protectoare.

„Cu cât înțelegem mai multe despre procesele din heliosfera noastră”, spune Opher, „cu atât știm mai multe despre procesele din toate astrosferele și despre condițiile necesare pentru a crea planete locuibile.”

Explorați subiecte conexe:

• Astronomie
• Științe ale datelor
• Diversitate
• Pământ & Mediu
• NASA
• Cercetare
• STEM

.