ทฤษฎีเกี่ยวกับขอบของฮีลิโอสเฟียร์

(Termination Shock Theory, Heliopause Theory)

ฮีลีโอสเฟียร์ (heliosphere) คือ อาณาเขตคล้ายฟอง (bubble)ภายในอวกาศที่ขยายตัวโดยลมสุริยะ (solar wind)ไปในตัวกลางระหว่างดาว(interstellar medium) หรือก๊าซไฮโดรเจนและก๊าซฮีเลียมที่แพร่กระจายไปทั่วกาแลกซี    แม้ว่าอะตอมที่มีประจุเป็นกลางทางไฟฟ้าจากอวกาศระหว่างดาวฤกษ์(interstellar space) สามารถทะลุผ่านฟองฮีลีโอสเฟียร์เข้ามาภายในได้ แต่วัสดุส่วนใหญ่ภายในฮีลีโอสเฟียร์ถือว่าออกมาจากดวงอาทิตย์   ฮีลีโอสเฟียร์จึงเป็นอาณาเขตที่โอบคลุมทั้งระบบสุริยะ ลมสุริยะ และสนามแม่เหล็กของดวงอาทิตย์เอาไว้

โครงสร้างบริเวณขอบของฮีลิโอเฟียร์ถูกแบ่งด้วยอันตรกิริยาระหว่างลมสุริยะกับลมระหว่างดาวฤกษ์ (interstellar wind)   กระแสลมสุริยะที่เคลื่อนออกจากดวงอาทิตย์ทุกทิศทางด้วยอัตราเร็วหลายร้อยกิโลเมตรต่อวินาที (วัดจากบริเวณใกล้เคียงโลก)ด้วยความเร็วเหนือเสียง   ที่ระยะถัดจากวงโคจรของดาวเปนจูน(Neptune)   ลมสุริยะความเร็วเหนือเสียง (supersonic wind) จะช้าลงเมื่อเข้าใกล้แนวปะทะกับตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์ (interstellar medium)   บริเวณที่เรียกว่า termination shock  ซึ่งอยู่ห่างจากดวงอาทิตย์เป็นระยะ 75 ถึง 100 AU จากดวงอาทิตย์( 1 AU:Astronomical Unit คือระยะทางเฉลี่ยจากดวงอาทิตย์ถึงโลก) บริเวณนี้จะเกิดคลื่นกระแทกแบบนิ่ง (standing shock save)  และเป็นอาณาเขตที่เกิดการเร่งความเร็วของอนุภาคทั้งจากภายนอกระบบสุริยะหรือในระบบสุริยะ

แสดงขอบนอกของระบบสุริยะตั้งแต่ termination shock , heliopause, และ bow shock  

เส้นสีขาวแสดงแนวการเคลื่อนที่ของลมระหว่างดาวฤกษ์กับลมสุริยะ ลูกศรสีชมพูแสดงการเคลื่อนที่ของอนุภาคทั้งที่เป็นรังสีคอสมิค (cosmic rays)  

กับอนุภาคที่กำลังถูกเร่งบริเวณ termination shock   นอกจากนี้ลูกศรสีส้มแทนทิศทางของยานอวกาศ V1 คือ Voyager1  V2 คือ Voyager2

และ P10 คือ Pioneer10 ทั้งสามลำคือยานอวกาศที่กำลังเดินทางเข้าสู่ขอบเขตนอกสุดของระบบสุริยะ

Image credit: http://interstellar.jpl.nasa.gov/interstellar/index_old.html

บริเวณที่ถัดออกไปจาก termination Shock อัตราเร็วของลมสุริยะจะลดลงจนช้ากว่าความเร็วเสียง (subsonic) หรือต่ำกว่า 100 กิโลเมตรต่อวินาที   ลมสุริยะที่ความเร็วลดต่ำลงดังกล่าวจะเผชิญกับกระแสตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์  ความดันจากตัวกลางระหว่างดาวทำให้เกิดโครงสร้างคล้ายดาวหาง (comet) ครอบคลุมระบบสุริยะเอาไว้ซึ่งเรียกว่า heliosheath  โดยผิวนอกสุดของ heliosheath อันเป็นย่านที่ฮีลีโอสเฟียร์ปะทะกับตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์ เรียกว่า heliopause  อันถือว่าเป็นขอบเขตนอกสุดของฮีลีโอสเฟียร์ทั้งหมด  ส่วนผิวในสุดของ heliosheath คือ termination shock นั่นเอง

ภาพจำลองแสดงองค์ประกอบของระบบสุริยะภายใน heliosphere, termination shock, heliopause, bow Shock และตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์

Image credit: http://books.nap.edu/openbook/NI000577/gifmid/29.gif

ความดันที่แตกต่างกันระหว่าง heliopause กับตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์ก่อให้เกิดอาณาบริเวณอันเต็มไปด้วยความปั่นป่วน (turbulent) ระหว่าง heliopause กับตัวกลางระหว่างดาวฤกษ์ (interstellar medium) ที่เรียกว่า  bow shock 

แนว bow shock  ของดาวฤกษ์ LL Orionis ซึ่งเป็นแนวปะทะของลมดาวฤกษ์จาก LL Orionis เองกับกระแสตัวกลางระหว่างดาวในบริเวณใกล้เคียง 

Images credit: NASA and The Hubble Heritage Team(STScI/AURA)/  HST/WFPC2  STScI-PRC02-05

อ้างอิง

-    http://helios.gsfc.nasa.gov/heliosph.html

-    http://en.wikipedia.org/wiki/Heliosphere