Isang ilustrasyon na naglalarawan sa isa sa kambal na Voyager spacecraft ng NASA. Ang parehong Voyagers ay pumasok sa interstellar space, o ang espasyo sa labas ng heliosphere ng ating Sun. Pinasasalamatan: NASA/JPL-Caltech
Habang Sinusuri ng Voyager 1 ng NASA ang Interstellar Space, Gumagawa ang Mga Pagsukat ng Densidad nito
Sa kalat-kalat na koleksyon ng mga atom na pumupuno sa interstellar space, sinukat ng Voyager 1 ang isang pangmatagalang serye ng mga alon kung saan dati ay nakakita lamang ito ng mga sporadic burst.
Hanggang kamakailan lamang, ginawa ng bawat spacecraft sa kasaysayan ang lahat ng sukat nito sa loob ng ating heliosphere, ang magnetic bubble na pinalaki ng ating Araw. Ngunit noong Agosto 25, 2012, NASABinago iyon ng Voyager 1. Sa pagtawid nito sa hangganan ng heliosphere, ito ang naging unang bagay na ginawa ng tao na pumasok – at sumukat – sa interstellar space. Ngayon, walong taon na ang interstellar na paglalakbay nito, ang malapit na pakikinig sa data ng Voyager 1 ay nagbubunga ng mga bagong insight sa kung ano ang hangganang iyon.
Kung ang ating heliosphere ay isang barkong naglalayag sa interstellar waters, ang Voyager 1 ay isang life raft na kalalabas lang mula sa deck, na determinadong suriin ang mga agos. Sa ngayon, ang anumang maalon na tubig na nararamdaman nito ay kadalasang mula sa ating heliosphere. Ngunit sa malayo, madarama nito ang mga pag-uudyok mula sa mga pinagmumulan na mas malalim sa kosmos. Sa kalaunan, ang presensya ng ating heliosphere ay ganap na mawawala mula sa mga sukat nito.
Ipinapakita ng graphic na ito mula Oktubre 20218 ang posisyon ng Voyager 1 at Voyager 2 probe na may kaugnayan sa heliosphere, isang proteksiyon na bula na nilikha ng Araw na lumalampas nang husto sa orbit ng Pluto. Ang Voyager 1 ay tumawid sa heliopause, o ang gilid ng heliosphere, noong 2012. Ang Voyager 2 ay nasa heliosheath pa rin, o ang pinakalabas na bahagi ng heliosphere. (Sa NASA Ang Voyager 2 spacecraft ay pumasok sa interstellar space noong Nobyembre 2018.) Mga Kredito: NASA/JPL-Caltech
"Mayroon kaming ilang mga ideya tungkol sa kung gaano kalayo ang kailangan ng Voyager upang magsimulang makakita ng mas dalisay na interstellar na tubig, wika nga," sabi ni Stella Ocker, isang Ph.D. estudyante sa Cornell University sa Ithaca, New York, at ang pinakabagong miyembro ng Voyager team. "Ngunit hindi kami lubos na sigurado kung kailan kami aabot sa puntong iyon."
Ang bagong pag-aaral ni Ocker, na inilathala noong Lunes sa Kalikasan Astronomiya, nag-uulat kung ano ang maaaring maging unang tuloy-tuloy na pagsukat ng density ng materyal sa interstellar space. "Ang pagtuklas na ito ay nag-aalok sa amin ng isang bagong paraan upang sukatin ang density ng interstellar space at nagbubukas ng isang bagong pathway para sa amin upang galugarin ang istraktura ng napakalapit na interstellar medium," sabi ni Ocker.
Nakuha ng Voyager 1 spacecraft ng NASA ang mga tunog na ito ng interstellar space. Voyager 1's plasma Nakita ng wave instrument ang mga vibrations ng dense interstellar plasma, o ionized gas, mula Oktubre hanggang Nobyembre 2012 at Abril hanggang Mayo 2013. Credit: NASA/Si JPL-Caltech
Kapag inilalarawan ng isang tao ang mga bagay sa pagitan ng mga bituin - tinatawag ito ng mga astronomo na "interstellar medium," isang kumakalat na sabaw ng mga particle at radiation - maaaring muling isipin ng isa ang isang kalmado, tahimik, tahimik na kapaligiran. Iyon ay magiging isang pagkakamali.
"Ginamit ko ang pariralang 'ang tahimik na interstellar medium' - ngunit makakahanap ka ng maraming lugar na hindi partikular na tahimik," sabi ni Jim Cordes, space physicist sa Cornell at co-author ng papel.
Tulad ng karagatan, ang interstellar medium ay puno ng magulong alon. Ang pinakamalaki ay nagmumula sa pag-ikot ng ating kalawakan, habang ang kalawakan ay tumatama sa sarili nito at naglalahad ng mga pag-alon sampu-sampung light-years sa kabuuan. Ang mas maliliit (bagaman napakalaki pa rin) na mga alon ay dumadaloy mula sa mga pagsabog ng supernova, na umaabot sa bilyun-bilyong milya mula sa tuktok hanggang sa tuktok. Ang pinakamaliit na ripples ay karaniwang mula sa ating sariling Araw, dahil ang mga pagsabog ng araw ay nagpapadala ng mga shockwave sa kalawakan na tumatagos sa lining ng ating heliosphere.
Ang mga nag-crash na alon na ito ay nagpapakita ng mga pahiwatig tungkol sa density ng interstellar medium - isang halaga na nakakaapekto sa ating pag-unawa sa hugis ng ating heliosphere, kung paano bumubuo ang mga bituin, at maging sa sarili nating lokasyon sa kalawakan. Habang ang mga alon na ito ay umalingawngaw sa kalawakan, sila ay nag-vibrate sa mga electron sa kanilang paligid, na tumutunog sa mga katangiang frequency depende sa kung gaano sila kasiksik. Kung mas mataas ang pitch ng tugtog na iyon, mas mataas ang density ng elektron. Ang Plasma Wave Subsystem ng Voyager 1 – na kinabibilangan ng dalawang “bunny ear” antenna na nakadikit 30 talampakan (10 metro) sa likod ng spacecraft – ay idinisenyo upang marinig ang tugtog na iyon.
Isang paglalarawan ng Voyager spacecraft ng NASA na nagpapakita ng mga antenna na ginagamit ng Plasma Wave Subsystem at iba pang mga instrumento. Pinasasalamatan: NASA/JPL-Caltech
Noong Nobyembre 2012, tatlong buwan pagkatapos lumabas sa heliosphere, narinig ng Voyager 1 ang mga interstellar sound sa unang pagkakataon (tingnan ang video sa itaas). Pagkalipas ng anim na buwan, isa pang "sipol" ang lumitaw - sa pagkakataong ito ay mas malakas at mas mataas pa ang tono. Ang interstellar medium ay lumilitaw na nagiging mas makapal, at mabilis.
Ang mga panandaliang whistles na ito ay nagpapatuloy sa hindi regular na pagitan sa data ng Voyager ngayon. Ang mga ito ay isang mahusay na paraan upang pag-aralan ang density ng interstellar medium, ngunit nangangailangan ito ng kaunting pasensya.
"Nakikita lamang sila nang isang beses sa isang taon, kaya ang pag-asa sa mga ganitong uri ng mga hindi inaasahang pangyayari ay nangangahulugan na ang aming mapa ng density ng interstellar space ay medyo kalat-kalat," sabi ni Ocker.
Nagtakda si Ocker na maghanap ng tumatakbong sukat ng interstellar medium density upang punan ang mga puwang – isa na hindi nakadepende sa paminsan-minsang shockwave na lumalabas mula sa Araw. Matapos i-filter ang data ng Voyager 1, naghahanap ng mahina ngunit pare-parehong mga signal, nakakita siya ng isang promising na kandidato. Nagsimula itong dumami noong kalagitnaan ng 2017, sa oras ng isa pang sipol.
"Ito ay halos isang solong tono," sabi ni Ocker. "At sa paglipas ng panahon, naririnig namin na nagbabago ito - ngunit ang paraan ng paggalaw ng dalas ay nagsasabi sa amin kung paano nagbabago ang density."
Mahina ngunit halos tuloy-tuloy na mga kaganapan sa oscillation ng plasma – nakikita bilang isang manipis na pulang linya sa graphic/tk na ito – ikonekta ang mas malalakas na mga kaganapan sa data ng Plasma Wave Subsystem ng Voyager 1. Ang larawan ay nagpapalit-palit sa pagitan ng mga graph na nagpapakita lamang ng malalakas na signal (asul na background) at ang na-filter na data na nagpapakita ng mas mahihinang signal. Pinasasalamatan: NASA/JPL-Caltech/Stella Ocker
Tinawag ni Ocker ang bagong signal na isang plasma wave emission, at ito rin, ay lumitaw upang subaybayan ang density ng interstellar space. Kapag lumitaw ang mga biglaang whistles sa data, tumataas at bumababa ang tono ng emission kasama nila. Ang signal ay kahawig din ng isang naobserbahan sa itaas na kapaligiran ng Earth na kilala na sumusubaybay sa density ng elektron doon.
"Ito ay talagang kapana-panabik, dahil nagagawa naming regular na ma-sample ang density sa isang napakahabang kahabaan ng espasyo, ang pinakamahabang kahabaan ng espasyo na mayroon kami sa ngayon," sabi ni Ocker. "Ito ay nagbibigay sa amin ng pinaka kumpletong mapa ng density at ang interstellar medium na nakikita ng Voyager."
Batay sa signal, nagsimulang tumaas ang density ng elektron sa paligid ng Voyager 1 noong 2013 at umabot sa mga kasalukuyang antas nito noong kalagitnaan ng 2015, isang humigit-kumulang 40-tiklop na pagtaas ng density. Lumilitaw na ang spacecraft ay nasa isang katulad na hanay ng density, na may ilang mga pagbabago, sa buong dataset na kanilang sinuri na natapos noong unang bahagi ng 2020.
Kasalukuyang sinusubukan ni Ocker at ng kanyang mga kasamahan na bumuo ng isang pisikal na modelo kung paano ginawa ang paglabas ng alon ng plasma na magiging susi sa pagbibigay-kahulugan dito. Pansamantala, ang Plasma Wave Subsystem ng Voyager 1 ay patuloy na nagpapadala ng data nang mas malayo at mas malayo mula sa bahay, kung saan ang bawat bagong pagtuklas ay may potensyal na gawing muli ang ating imahinasyon sa ating tahanan sa kosmos.
Para sa higit pa sa pananaliksik na ito, basahin ang In the Emptiness of Space 14 Billion Miles Away, Voyager I Detects “Hum” From Plasma Waves.
Sanggunian: "Persistent plasma waves sa interstellar space na nakita ng Voyager 1" ni Stella Koch Ocker, James M. Cordes, Shami Chatterjee, Donald A. Gurnett, William S. Kurth at Steven R. Spangler, 10 Mayo 2021, Kalikasan Astronomiya.
DOI: 10.1038/s41550-021-01363-7
