Země existuje v bublině. Naše atmosféra vytváří ochrannou bariéru mezi vším na povrchu planety a téměř prázdným rozlehlým prostorem vesmíru. Ale to není jediná bublina, v níž se Země nachází. Za naší známou atmosférickou skořápkou leží mnohem větší bublina, neviditelná hranice, kterou vymezuje samotné Slunce.
Tato bublina, známá jako heliosféra, je obrovská. Zahrnuje celý Sluneční systém, sahá do takové vzdálenosti, že pouze dvě kosmické lodě se někdy podařilo překročit její hranice. NASA vypravila družice Voyager 1 a 2 v roce 1977, které překročily heliosféru a dostaly se do mezihvězdného prostoru – regionu mezi hvězdami – v letech 2012 a 2018. Tyto lodě jsou prvním dílem vyrobeným člověkem, které se dostalo za ochrannou bublinu Slunce a stále přenášejí data o nabitých částicích a plazmových vlnách, které se tam nacházejí.
Ale astronomové chtějí vědět víc o heliosféře a o tom, co se nachází za ní. Jaká je její přesná velikost a tvar? Jakým způsobem interagují sluneční částice vyzařované Sluncem s mezihvězdným prostorem po průchodu? A jak efektivně nás chrání před vysoce energetickými kosmickými paprsky přicházejícími zvenčí?
„Stále skládáme řadu střípků o tom, jak lokální mezihvězdné medium skutečně interaguje s heliosférou,“ říká Dr. Ralph McNutt, fyzik z Laboratoře aplikované fyziky na Johns Hopkins University (JHUAPL) v Marylandu, USA.
Nová mise NASA v hodnotě 782 milionů dolarů (580 milionů liber) by měla pomoci poskládat více těchto střípků dohromady. Kosmická loď s názvem Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP) byla vypuštěna 24. září 2025. A místo toho, aby strávila desítky let cestováním na okraj heliosféry, během několika následujících měsíců se dostane na pozici asi 1,5 milionu kilometrů (milion mil) od Země, známou jako Lagrangeho bod 1 (L1). Jakmile se tam dostane, IMAP bude moci studovat heliosféru z dálky, bez rušení ze Země.
Cíl mise
IMAP je šestiúhelníková, solární energií poháněná kosmická loď široká 2 metry (6,5 stopy), která vypadá trochu jako lízátko. Je vybavena deseti přístroji určenými k studiu heliosféry, Slunce a přicházejících částic z mezihvězdného prostoru. Otáčí se asi čtyřikrát za minutu, což umožňuje detektorům skenovat celé nebe.
Během dvou let provede své hlavní mise, přičemž bude neustále posílat data zpět na Zemi, aby je vědci mohli analyzovat. „Únor 2026 je oficiálním začátkem vědecké fáze mise,“ říká profesor Dave McComas, vedoucí mise na Princeton University v New Jersey, USA. „Mise je nominálně na dva roky, ačkoliv máme pohonnou jednotku a plyn na minimálně pět let a pravděpodobně i na mnoho desetiletí.“
Účel mise IMAP
Cílem mise IMAP je mapovat heliosféru kolem Slunce. Už víme z Voyageru 1 a 2, že hranice heliosféry a mezihvězdného prostoru, nazývaná heliopauza, je vzdálená asi 120 astronomických jednotek (AU) (120krát vzdálenost Země-Slunce), což představuje přibližně 18 miliard kilometrů (11 miliard mil). Ale nevíme, zda je tato vzdálenost ve všech směrech stejná. Pokud tomu tak není, heliosféra nemusí být skutečně koule. Mohla by mít spíše tvar vejce s dlouhým ocasem. Někteří vědci dokonce myslí, že by mohla mít tvar croissantu, s Sluncem uprostřed a dvěma ocasy po stranách.
„Věříme, že to bude možné vyřešit [tvar heliosféry] s pomocí IMAP,“ říká Dr. Matina Gkioulidou, projektová vědkyně pro IMAP na JHUAPL.
Aby toho dosáhli, přístroje na palubě IMAP se zaměří na neutrální atomy, které jsou malé částice bez elektrického náboje, přicházející z heliopauzy. Tyto atomy se vytvářejí, když odcházející nabité částice ze slunečního větru – stálý výstup plazmy z vnější atmosféry Slunce – narazí na mezihvězdný plyn. Protože neutrální atomy nemají žádný náboj, cestují v přímých liniích. Teplejší neutrální atomy k nám přicházejí rychleji a pocházejí z energetičtějších oblastí mezihvězdného prostoru, zatímco chladnější atomy pocházejí z klidnějších oblastí. Měření jejich energií a úhlu příchodu umožní vědcům modelovat, jak dlouho trvalo, než se atomy dostaly k nám.
Na základě těchto informací budou moci mapovat heliopauzu v různých směrech a odhalit její skutečný tvar do vzdálenosti asi 300–400 AU, říká McComas. „Měli bychom být schopni získat tvar“ ve většině směrů, dodává.
Život na vnějším okraji
Povaha heliosféry je klíčová pro naše pochopení toho, jak jsme na Zemi vznikli. „Snažím se porozumět vlastnostem dnešní heliosféry, abych řekl, zda se její tvar změnil,“ říká profesor Merav Opher, astronom a odborník na heliosféru na Bostonské univerzitě.
Její výzkum naznačuje, že se Země mohla v minulosti nacházet za heliopauzou během období, kdy bylo Slunce méně aktivní. „Pokud jsme místy byli za heliosférou, jak se na Zemi vyvinul život?“ ptá se. „Je pro nás opravdu zásadní pochopit, jaký druh záření by Země mohla zachytit.“
Jedna předchozí mise již prozkoumala tvar heliosféry. NASA’s Interstellar Boundary Explorer (IBEX), která byla vypuštěna v roce 2008, je stále aktivní. Ta nám dala první náznak, že heliosféra není dokonalá koule a vypadá mírně vychýleně, ale její přístroje mají nízké rozlišení, takže nám nabízejí pouze neostrý obraz heliosféry. IMAP by měl poskytnout mnohem jasnější přehled.
„IMAP je velkým krokem vpřed oproti IBEXu,“ říká McComas. „[IBEX] je velmi malá mise. Ale potřebujete velkou, silnou misi s rozlišením a citlivostí, abyste dali dohromady celkový obrázek.“
IBEX také odhalil něco neobvyklého: zdá se, že kolem heliosféry existuje pás neutrálních atomů, který se nazývá IBEX pás a mohl by být způsoben mezihvězdným magnetickým polem. „Některé z těchto energetických neutrálních [atomů] tvoří ve vzduchu prstenec, “ říká McNutt. IMAP by měl poskytnout lepší pochopení tohoto pásu a toho, jak se tvoří.
Prach ve větru
IMAP se navíc nezaměří pouze na heliopauzu. Jeden z jeho dalších přístrojů, Interstellar Dust Experiment (IDEX), se pokusí shromáždit zrníčka prachu pocházející z mezihvězdného prostoru. Je známo, že mezi hvězdami plují drobná zrníčka prachu, protože jsme viděli jejich infračervený svit – některé kosmické lodě dokonce už zachytily mezihvězdný prach – ale máme jen malý počet detekcí. Očekává se, že IMAP shromáždí stovky příchozích zrníček prachu, jak z mezihvězdného prostoru, tak z interplanetárního prostoru mezi planetami Sluneční soustavy. To je možné díky velikosti IDEXu, který má sběrnou plochu srovnatelnou s papírem formátu A4.
„Máme tuto obrovskou sběrnou plochu na prach,“ říká McComas. „Měli bychom získat asi 100 [mezihvězdných] zrníček prachu pouze v prvním roce. To by bylo více než všechny zrníčka prachu, která kdy lidstvo shromáždilo od začátku kosmického věku.“
IDEX změří velikost, rychlost a energii příchozího prachu, což nám poskytne více informací o jeho vzniku a cestě k nám. Každé zrníčko bude rozbito uvnitř přístroje, když narazí na ultračistý zlatý povrch, kde se odpaří a rozloží na atomy s kladným nebo záporným elektrickým nábojem. Detektor poté identifikuje přítomné prvky v částech prachu, což pomůže vědcům zjistit, odkud pravděpodobně pocházejí – například z explodujících hvězd nebo jiných kosmických výbuchů.
Posledním hlavním cílem IMAP je měřit sluneční vítr na L1, včetně toho, jak interaguje s magnetickým polem Země, a poskytnout lepší pochopení tzv. prostorového počasí. Některé jeho přístroje jsou navrženy tak, aby sledovaly energetické částice ze Slunce, které by mohly poškodit satelity nebo způsobit geomagnetické bouře, které by ohrozily náš život zde na Zemi. „Sluneční vítr létá všude po prostoru,“ říká Gkioulidou. „IMAP měří všechny tyto částice, jak se dostávají ze Slunce.“
Tato měření mohou být užitečná nejen pro sledování prostorového počasí na Zemi, ale také pro budoucí lidské mise na Měsíc a Mars (jak Čína, tak USA mají plány na přistání lidí na lunární ploše do roku 2030). Astronauti cestující tak daleko stráví delší časové úseky mimo ochranné magnetické pole Země a budou vystaveni vyššímu slunečnímu záření. „Pokud dojde k události, která by mohla být nebezpečná pro astronauty na povrchu Měsíce, [data z IMAP] se využijí k předpovědi,“ říká Jamie Favors, ředitel NASA’s Space Weather Program ve Washingtonu, DC.
Mezihvězdné průzkumy
Je to však pozorování heliosféry, které může být nejzajímavějším aspektem mise IMAP. „Je to nesmírně vzrušující,“ říká Opher. „Jedná se o špičkovou misi ke studiu heliosféry.“ Kromě družic Voyager 1 a 2 existuje pouze jedna další aktivní kosmická loď, která se chystá překročit hranici do mezihvězdného prostoru. Kosmická loď NASA New Horizons, která slavně poskytla první vysoce rozlišené snímky trpasličí planety Pluto v roce 2015, by měla překročit heliopauzu v 40. letech 21. století. Nebyla však navržena pro studium této oblasti, ačkoli nám poskytne mnoho informací, vědci mají naději, že v budoucnu budou moci vyslat nové,Specializované mise do mezihvězdného prostoru.
Jeden takový návrh vedený McNuttem se nazývá Mezihvězdný průzkumník. Je to myšlenka poslat dlouhověkou kosmickou loď do mezihvězdného prostoru, navrženou na to, aby fungovala po generace a urazila neuvěřitelných 1 000 astronomických jednotek za přibližně 50 let. To je zhruba desetkrát dále, než kam dosud dorazily sondy Voyager.
Mise by využila gravitaci Jupiteru k odražení se z Sluneční soustavy, přičemž by nesla sadu pokročilých přístrojů studující mezihvězdný prach, neutrální atomy, magnetická pole a další za heliopauzou. „Jsem přesvědčen, že to je dobrý nápad už dlouho,“ říká McNutt. „Je to jen otázka přesvědčení ostatních.“ V roce 2024 oznámily Národní akademie věd, inženýrství a medicíny v USA – veřejná instituce, která radí americké vládě ohledně vědy, inženýrství a zdraví – svou návrh na další desetiletí výzkumu NASA ohledně Slunce a jeho okolního prostředí, nazvaný Heliophysics Decadal Survey. Průzkum přímo nedoporučil vybudování Mezihvězdného průzkumníka, ale uvedl, že to je přesvědčivá budoucí mise, která by měla být zvažována v příštím desetiletí v 30. letech.
Mít takovou misi na sběr in-situ dat (dat přímo ze zdroje) by bylo neocenitelné, říká Opher. „Stále chceme nového Voyagera,“ říká. „Na takový projekte nic nenahradí in-situ data.“ A není to jen NASA, kdo zvažuje novou misi do mezihvězdného prostoru. Čína zkoumá možnou misi nazvanou Mezihvězdný expres, nebo Shensuo. Ta by vyslala dvě nebo více sond za heliopauzu, provádějících průlety kolem Neptunu a dalších zajímavých objektů (jako trpasličí planeta Quaoar vnější Sluneční soustavy) na cestě. Stav mise je v tuto chvíli nejistý, ale mohla by být velmi vzrušující, pokud by se uskutečnila.
Existují také další spekulativní myšlenky. Opher je součástí týmu, který navrhl využití pohonného systému na bázi fúze pro prozkoumání heliosféry způsobem, který není s konvenčními chemickými motory kosmických lodí možný. „Mohli bychom vypustit šest různých kosmických lodí všemi směry heliosféry na bázi fúzního pohonu,“ říká Opher. „Něco takového nás může rychle přivést k okrajům. Snažíme se dostat na okraj za pět let a pak zpomalit pro shromáždění všech dat.“
To, zda lidé, nikoli jen naši robotští průzkumníci, někdy vkročí do mezihvězdného prostoru, se zdá být mnohem odvážnější perspektivou. Taková mise by téměř jistě nesla jednosměrnou jízdenku. Možná by se mohl uskutečnit odvážný pokus dostat se k jedné z našich nejbližších hvězd, jako je Proxima Centauri, vzdálené asi čtyři světelné roky (přibližně 40 bilionů kilometrů), kde astronomové doufají, že by mohly být zajímavé planety na návštěvu.
Prozatím je to však IMAP, který je v popředí myšlenek všech, když se chystá studovat heliosféru z perspektivy, nikoli v prázdném prostoru mezihvězdného prostoru, ale z klidného rohu Sluneční soustavy. Odhalí, že heliosféra má tvar vejce, croissantu, nebo něco úplně jiného? V následujících letech bychom měli konečně získat pevnou odpověď na tuto otázku, stejně jako na mnoho dalších, a také lepší porozumění hranici mezi naší Sluneční soustavou a mezihvězdným prostorem.
