Heliosfera - tai Saulės vėjo į tarpžvaigždinę terpę (galaktiką užpildančias vandenilio ir helio dujas) "išpūstas" erdvės burbulas. Nors pro šį burbulą gali prasiskverbti elektriškai neutralūs tarpžvaigždinio tūrio atomai, beveik visa medžiaga heliosferoje yra iš pačios Saulės. Heliosfera apima visą Saulės sistemą ir ją formuoja iš Saulės plazmos sudarytas Saulės vėjas bei su juo susijęs magnetinis laukas.

Saulės vėjas yra plazmos srautas (daugiausia protonai, elektronai ir alfa dalelės), kuris nuo Saulės paviršiaus skrieja dideliu greičiu. Per pirmuosius dešimt milijardų kilometrų savo spindulio Saulės vėjas skrieja daugiau kaip milijono kilometrų per valandą greičiu. Tipiški greičiai Saulės sistemoje siekia apie 300–800 km/s (tai yra apie 1–3 milijonai km/h). Kartu su plazma keliauja ir Saulės magnetinis laukas, kuris Saulės sistemoje išsiraizgo į vadinamąją Parkerio spiralę.

Heliosferos sandara ir svarbiausi regionai

  • Baigiamasis smūgis (termination shock) – taškas, kuriame Saulės vėjas, tolstant nuo Saulės, sulėtėja nuo supersoninio iki subsoninio greičio dėl sąlyčio su tarpžvaigždinės terpės spaudimu. Čia energija gali transformuotis į karštą plazmą ir daleles su didesne energija.
  • Heliosheath – regionas už baigiamojo smūgio, kur Saulės vėjas yra sulėtėjęs ir labiau maišosi su tarpžvaigždinės terpės poveikiu. Tai tarpinė sritis prieš pat heliopauzę.
  • Heliopauzė – taškas, kuriame tarpžvaigždinės terpės ir Saulės vėjo slėgiai susilygina; tai iš esmės ribą tarp Saulės įtakos ir aplinkinės galaktinės terpės.
  • Lanko smūgis (bow shock) – taškas, kuriame tarpžvaigždinė terpė, keliaudama priešinga kryptimi, sulėtėja susidūrusi su heliosfera; ar toks smūgis susidaro aplink mūsų heliosferą, priklauso nuo tarpžvaigždinės terpės sąlygų (kai kuriais atvejais vietoje klasikinio smūgio gali būti labiau uždara deformacija).
  • Heliotail – ilgas užpakalinis heliosferos "šešėlis", nusidriekęs už Saulės sistemos, kuriame plazma ir magnetinis laukas gali tvarkytis kitaip nei priekinėje dalyje.

Kiek toli yra ribos?

Atstumai nuo Saulės į šiuos taškus keičiasi priklausomai nuo Saulės aktyvumo ir tarpžvaigždinės terpės savybių. Tiesioginiai matavimai iš Voyager zondų parodė, kad baigiamasis smūgis buvo įveiktas maždaug 80–100 astronominių vienetų (AU; 1 AU ≈ 150 mln km), o heliopauzė – maždaug 120 AU atstumu (Voyager 1 įžengė į tarpžvaigždinę erdvę 2012 m., kai pranoko apie 121 AU). Heliosferos uodega gali tęstis šimtus ar net tūkstančius AU.

Fizikiniai procesai ir poveikis

Heliosferoje vyksta daug svarbių procesų: dalelių perkėlimas ir akceleracija prie smūgių, jonų "pagavimas" (pickup ions) iš neutralių atomų, bei apykaita tarp jonų ir neutralių atomų per elektronų mainus (charge exchange), kuri formuoja energetines neutralių atomų srautus (ENAs). Šie ENA srautai leidžia spartinti heliosferos žemėlapį iš tolimų zondų (pvz., IBEX misija).

Heliosfera atlieka apsauginę funkciją: ji dalinai slopina į Saulės sistemą patenkančių galaktinių kosminių spindulių srautą. Saulės aktyvumo ciklai, magnetinis laukas ir heliosferos forma lemia kosminių spindulių intensyvumo pokyčius Žemėje.

Kaip mes žinome apie heliosferą?

Žinios gaunamos tiek iš tiesioginių zondų (Voyager 1 ir 2, New Horizons dalinai, Parker Solar Probe artimoji Saulės srities tyrimai), tiek iš nuotolinių stebėjimų ENA srautams (IBEX) ir žemės bei kosminių observatorijų matavimų. Voyager zondai pateikė pirmuosius tiesioginius duomenis apie baigiamąjį smūgį ir heliopauzę, o IBEX atskleidė netikėtą "juostą" ENA emisijos, susijusią su tarpžvaigždinės terpės magnetiniu lauku.

Apibendrinant, heliosfera yra dinamiškas, plazminis burbulas, kurį formuoja Saulės vėjas ir magnetinis laukas. Jos sandara ir sąveika su tarpžvaigždinės terpės aplinka lemia daugelį reiškinių tiek Saulės sistemos užuovėjoje, tiek Žemėje.