Słońce wyrzeźbiło w przestrzeni ogromny bąbel obejmujący wszystkie planety
Wiatr słoneczny — strumień plazmy nieustannie wypływający z korony — nie kończy się w pobliżu Ziemi czy Neptuna. Wypełnia ogromny obszar wokół Słońca i wraz ze słonecznym polem magnetycznym tworzy heliosferę, rodzaj bąbla zanurzonego w ośrodku międzygwiazdowym. Jej zewnętrzną granicą jest heliopauza, gdzie wpływ wypływającego wiatru słonecznego spotyka się z materią otaczającą Układ Słoneczny. Voyager 1 i Voyager 2 przekroczyły heliopauzę i znalazły się w przestrzeni międzygwiazdowej. Nie znaczy to jednak, że opuściły cały Układ Słoneczny w każdym możliwym znaczeniu — daleki Obłok Oorta może sięgać znacznie dalej.
Słońce nie oddziałuje z kosmosem tylko światłem i grawitacją
Korona Słońca jest tak gorąca, że część plazmy może stale uciekać w przestrzeń jako wiatr słoneczny. To strumień protonów, elektronów i innych jonów niosący ze sobą słoneczne pole magnetyczne. Rozchodzi się we wszystkich kierunkach i wypełnia przestrzeń międzyplanetarną, przez którą poruszają się planety.
Wiatr słoneczny tworzy heliosferę
Ponieważ Układ Słoneczny sam porusza się przez lokalny ośrodek międzygwiazdowy, wypływająca materia słoneczna spotyka gaz i pole magnetyczne otaczającej przestrzeni. Powstaje rozległa struktura zwana heliosferą. Nie jest ona idealną, nieruchomą kulą; jej kształt i warunki na granicy zależą od własności wiatru słonecznego oraz otoczenia międzygwiazdowego.
Po drodze występuje kilka różnych granic
Daleko od Słońca wiatr słoneczny zwalnia z prędkości naddźwiękowej na tzw. szoku końcowym. Jeszcze dalej znajduje się heliopauza, gdzie dominujący wpływ wiatru słonecznego ustępuje ośrodkowi międzygwiazdowemu. Te nazwy opisują granice plazmy i pól, a nie ścianę, przez którą statek kosmiczny przechodzi jak przez materialną membranę.
Voyagery rzeczywiście wyszły poza heliopauzę
Voyager 1 przekroczył heliopauzę w 2012 roku, a Voyager 2 w 2018 roku. Instrumenty wykryły zmianę środowiska cząstek i plazmy wskazującą na wejście do przestrzeni międzygwiazdowej. To pierwszy przypadek, gdy urządzenia zbudowane przez człowieka bezpośrednio zbadały obszar po drugiej stronie słonecznego bąbla.
„Koniec Układu Słonecznego” zależy od definicji
Heliopauza jest naturalną granicą wpływu wiatru słonecznego, ale nie granicą grawitacji Słońca. Komety z odległego Obłoku Oorta pozostają związane ze Słońcem na dystansach dużo większych niż heliopauza. Dlatego zdanie „Voyager opuścił Układ Słoneczny” wymaga doprecyzowania: opuścił heliosferę i wszedł w przestrzeń międzygwiazdową, ale nadal znajduje się w regionie, który w sensie grawitacyjnym można zaliczać do Układu Słonecznego.
Heliosfera działa także jak filtr dla części promieniowania kosmicznego
Pole magnetyczne niesione przez wiatr słoneczny oraz turbulencje w heliosferze wpływają na ruch naładowanych cząstek przybywających z Galaktyki. Aktywność Słońca zmienia te warunki w cyklu około jedenastoletnim, dlatego strumień galaktycznego promieniowania kosmicznego docierającego do wewnętrznego Układu Słonecznego również się zmienia. Heliosfera nie jest więc tylko abstrakcyjną granicą określoną przez miejsce spotkania dwóch plazm; kształtuje środowisko radiacyjne planet i statków kosmicznych. Po przekroczeniu heliopauzy Voyagery mierzą cząstki oraz pola w lokalnym ośrodku międzygwiazdowym, zapewniając jedyny dotąd bezpośredni punkt odniesienia „spoza” słonecznej bańki. Jednocześnie dane z sond wewnątrz heliosfery pokazują, że jej granice oddychają wraz ze zmianami wiatru słonecznego. Mówienie o bąblu jest więc użyteczną analogią, ale rzeczywista struktura jest dynamiczna, magnetyczna i daleka od idealnie kulistej powłoki.
Heliosfera nie ma jednej prostej „średnicy”, ponieważ jej kształt zależy od kierunku i czasu
Popularny rysunek przedstawia heliosferę jako okrągły bąbel z wyraźną granicą. Rzeczywistość jest bardziej skomplikowana. Słońce porusza się względem lokalnej materii międzygwiazdowej, wiatr słoneczny zmienia się w cyklu aktywności, a międzygwiazdowe pole magnetyczne wpływa na kształt strefy kontaktu. Voyager 1 i Voyager 2 przekroczyły heliopauzę w różnych miejscach i przy innych warunkach słonecznych, dostarczając dwóch punktów pomiarowych w ogromnej trójwymiarowej strukturze. Modele próbują połączyć te dane z obserwacjami neutralnych atomów wykonywanymi przez misje takie jak IBEX. Dlatego zamiast jednej odległości „końca heliosfery” lepiej mówić o dynamicznej granicy, której położenie i geometria zależą od kierunku oraz aktualnego stanu wiatru słonecznego.
Przejście przez heliopauzę rozpoznaje się po zmianach środowiska, nie po jednym zdjęciu granicy
Voyagery nie mają kamery pokazującej ścianę heliosfery z zewnątrz. O przekroczeniu granicy świadczy zestaw pomiarów: spadek populacji cząstek pochodzących ze Słońca, wzrost galaktycznego promieniowania kosmicznego oraz zmiany właściwości plazmy i pola magnetycznego. Interpretacja wymagała porównania wielu instrumentów i czasu. To dobry przykład niewidzialnej struktury fizycznej odkrywanej przez zmianę warunków lokalnych. Heliopauza istnieje dlatego, że spotykają się dwa różne środowiska plazmowe, nawet jeśli nie można jej sfotografować jako świecącej powierzchni.