เรื่องอัศจรรย์จากขอบระบบสุริยะ

ด้วยการใช้แบบจำลองเสมือนจริง

คอมพิวเตอร์ Haruichi Washimi นักฟิสิกส์จากมหาวิทยาลัยแคลิฟอร์เนีย ริเวอร์ไซด์ ได้ทำนายว่ายานวอยยาจเจอร์ 2 จะข้ามเขต solar wind termination shock(เปลือกทรงกลมรอบๆ ระบบสุริยะที่เป็นส่วนที่ลมสุริยะลดความเร็วลงจนเร็วน้อยกว่าเสียง) เมื่อใด

 
จากแบบจำลองของ Washimi

ยานถูกกำหนดให้ข้ามเขตนี้ในปลายปี 2007 ถึงต้นปี 2008 ในการทำนายนี้ Washimi และเพื่อนร่วมงานได้ใช้ข้อมูลจากวอยยาจเจอร์ 2 และสร้างแบบจำลอง magneto-hydrodynamic ซึ่งเป็นวิธีที่จะช่วยให้ทำนายความปั่นป่วนทางธรณีแม่เหล็กที่เกิดจากกิจกรรมของดวงอาทิตย์ได้อย่างเที่ยงตรงและครบถ้วน

เนื่องจากช่วงที่วอยยาจเจอร์ 2
 
จะข้ามเขตนี้เป็นช่วงเวลาเพียงสั้นๆ นักวิทยาศาสตร์กำลังทำงานเพื่อให้แน่ใจว่าจะไม่พลาดช่วงเวลานั้น ด้วยความคิดที่ว่ายานจะข้ามเขตเมื่อไหร่ พวกเขาก็สามารถจัดการสำรวจในช่วงนั้นให้ครอบคลุมได้มากที่สุด การศึกษานี้เผยแพร่ใน Astrophysical Journal ฉบับวันที่ 1 ธันวาคม

Gary Zank ผู้อำนวยสถาบันธรณีวิทยาฟิสิกส์และฟิสิกส์ดาวเคราะห์

และหนึ่งในผู้เขียนร่วมรายงานวิจัย กล่าวว่า แบบจำลองของ Washimi ได้ทำนายตำแหน่งของเขตที่ประมาณ 90 AU นี่เป็นสิ่งที่ล้ำค่าที่มีฟิสิกส์ที่ซับซ้อนจำนวนมากเกี่ยวข้อง, โครงสร้างเวลาและห้วงอวกาศ และความแปรผันของลมสุริยะ ลมสุริยะซึ่งเป็นกระแสของอนุภาคมีประจุที่ส่งออกจากดวงอาทิตย์ในทุกทิศทาง เดินทางด้วยความเร็วเหนือเสียงเมื่อมันออกจากดวงอาทิตย์ จนกระทั่งมันเข้าใกล้เขตสสารในอวกาศซึ่งเป็นพลาสม่า, ก๊าซเป็นกลาง และฝุ่น

ที่เขตนั้น ซึ่งอยู่ไกลจากดวงอาทิตย์ 7 ถึง 8.5 พันล้านไมล์

ลมสุริยะจะลดความเร็วลงต่ำกว่าความเร็วเสียง ขอบเขตส่วนนั้นไม่ตายตัวแต่กลับพลิ้วไหวและแปรปรวนทั้งเวลาและระยะทางจากดวงอาทิตย์ ขึ้นอยู่กับกิจกรรมของดวงอาทิตย์ Washimi กล่าวว่า นี่เป็นครั้งแรกที่มีการทำนายตำแหน่งของ termination shock ในแบบนี้ เขาเป็นนักวิทยาศาสตร์ที่สถาบันธรณีฟิสิกส์และฟิสิกส์ดาวเคราะห์ เป็นผู้เขียนนำการวิจัย

หลังจากข้ามเขตนี้แล้ว
 
วอยยาจเจอร์ 2 จะอยู่ในเฮลิโอสเฟียร์ส่วนนอก เลยจากนั้นจะเป็นสสารในห้วงอวกาศและเวิ้งอวกาศ แบบจำลองยังแสดงว่ายานจะข้ามเขต termination shock อีกครั้งในกลางปี 2008 ซึ่งจะเกิดขึ้นเนื่องจากการพลิ้วไหวของเขตนี้ไปๆมาๆ ซึ่งหมายความว่า วอยยาจเจอร์ 2 จะข้ามเขตนี้หลายหน(นักวิจัยทำนายว่าจะข้าม 5 ครั้ง) การข้ามจะสิ้นสุดหลังจากยานหนีออกสู่เวิ้งอวกาศแล้ว

วอยยาจเจอร์ 2 ถูกส่งออกสู่อวกาศในวันที่ 20 สิงหาคม 1977 มันไปเยี่ยมเยือนดาวเคราะห์ 4 ดวงและดวงจันทร์ของพวกมันในช่วงการเดินทางออกสู่อวกาศ ยานแฝดของมันคือ วอยยาจเจอร์ 1 ซึ่งถูกส่งออกในวันที่ 5 กันยายน ปีเดียวกัน ได้ข้าม termination shock ในเดือนธันวาคม 2004 เร็วกว่าวอยยาจเจอร์ 2 เนื่องจากใช้เส้นทางที่สั้นกว่า ยานทั้งสองก็ยังทำงานอยู่ แต่แหล่งพลังงานก็เสื่อมสภาพลงและเครื่องมือบางส่วนก็ไม่ได้ทำงานในสภาพสมบูรณ์นัก

และจากการสำรวจล่าสุดก็แสดงสิ่งที่นักดาราศาสตร์สงสัยมานานหลายปี

ระบบสุริยะของเราถูกบีบ ยานวอยยาจเจอร์ 2 ได้ข้าม termination shock เมื่อวันที่ 30 สิงหาคม เครื่องมือวิทยาศาสตร์พลาสม่าบนยานซึ่งพัฒนาโดย MIT ในช่วงทศวรรษ 1970 ได้ยืนยันว่ามีสนามแม่เหล็กที่รุนแรงจนไม่น่าเชื่อในพื้นที่รอบๆ นั้น ซึ่งสร้างขึ้นก๊าซที่เบาบางนั้น สนามแม่เหล็กได้บีบอัดฟองก๊าซที่ไหลออกจากดวงอาทิตย์ รบกวนมันจากรูปร่างทรงกลม จนมีรูปร่างบูดเบี้ยวไปประมาณ 1 พันล้านไมล์

และเรื่องประหลาดประการที่สองก็คือ
 
เพียงข้ามเขตนั้น อุณหภูมิซึ่งถึงแม้จะร้อนกว่าภายใน แต่ก็ยังร้อนไม่มากเท่ากับที่คาดไว้ นักทฤษฎีต้องเกาศีรษะเพื่อหาคำอธิบายการเย็นอย่างนั้น ในคลื่นกระแทกปกติ สสารที่เคลื่อนที่ชะลอตัวลงและก่อตัวเป็นบริเวณที่ร้อนขึ้นและหนาแน่นมากขึ้นเมื่อมันชนกับสิ่งกีดขวาง อย่างไรก็ตาม นี่อาจบ่งชี้ว่า พลังงานถูกถ่ายเทให้กับอนุภาครังสีคอสมิคที่ถูกเร่งจนมีความเร็วสูงที่เขตกระแทก ดังนั้นเขตกระแทกจึงทำหน้าที่เหมือนเครื่องเร่งรังสีคอสมิค คล้ายๆ กับเกมปิงปองในอวกาศ ไอออนจะสะท้อนไปมาในเขตนี้ จนไอออนได้พลังงานจำนวนมากจากลมสุริยะก่อนที่จะวิ่งหายไปในอวกาศ แต่นักวิทยาศาสตร์ก็ยังไม่แน่ใจว่ารังสีคอสมิคนี้มีกำเนิดจากตำแหน่งใดในคลื่นกระแทกกันแน่ แต่ก็รู้ว่ามันไม่ได้เกิดขึ้นเมื่อวอยยาจเจอร์ข้ามเขต

แม้ว่าวอยยาจเจอร์ 1 จะข้าม termination shock ตั้งแต่เมื่อ 3 ปีก่อน แต่เครื่องมือพลาสม่าบนยานก็หยุดทำงานไปแล้ว ดังนั้นยานจึงตรวจสอบเขตสิ้นสุดอิทธิพลของดวงอาทิตย์ได้โดยทางอ้อมเท่านั้น แต่บนยานวอยยาจเจอร์ 2 เครื่องมือพลาสม่าไม่เพียงแต่ตรวจสอบขอบเขตนี้ แต่ยังทำการตรวจสอบรายละเอียดอุณหภูมิ, ความเร็วและความหนาแน่นของลมสุริยะด้วย เมื่อยานข้ามเขตมา ขณะนี้วอยยาจเจอร์ 2 อยู่ห่างจากโลก 7.879 พันล้านไมล์ เดินทางด้วยความเร็วเกือบ 35000 ไมล์ต่อชั่วโมง วอยยาจเจอร์ 1 อยู่ไกลออกไป 9.797 พันล้านไมล์ เดินทาง 38000 ไมล์ต่อชั่วโมง

ในอนาคตยานวอยยาจเจอร์ 2 จะเข้าใกล้หลักชัยอีกอันในอวกาศก็คือ เฮลิโอพอส(heliopause) ซึ่งเป็นรอยต่อที่สสารในอวกาศจะหยุดลมสุริยะลง ณ ตำแหน่งนั้น มันจะสามารถตรวจสอบคุณลักษณะของสสารระหว่างอวกาศได้เป็นครั้งแรก ในบริเวณที่ไม่ถูกรบกวนโดยลมสุริยะและความเป็นแม่เหล็กของดวงอาทิตย์

ปฏิบัติการต่อไปของนาซ่าคือ
 
Interstellar Boundary Explorer(IBEX) นักวิจัยหวังว่าจะเผยให้เห็นความหลากหลายของคลื่นกระแทก ซึ่งอาจมีผลบางอย่างเกิดขึ้นในทิศทางตะวันออกและตะวันตก