Моделирование распределения межзвездной пыли в контексте миссии космического аппарата Улисс

Солнце движется относительно окружающей его межзвездной среды со скоростью ~26.4 км/сек. При взаимодействии сверхзвуковой плазмы солнечного ветра и сверхзвуковой плазмы локальной межзвездной среды образуется структура из двух ударных волн и тангенциального разрыва между ними. Область распространения солнечного ветра, ограниченная тангенциальным разрывом, называется гелиосферой. В межзвездной среде, помимо нейтральной и плазменной компонент, присутствует также пылевая компонента, частицы которой проникают внутрь гелиосферы, что впервые было экспериментально подтверждено с помощью измерений космического аппарата (КА) Улисс [1]. Анализ полученных на КА Улисс данных с помощью численного моделирования оставил несколько вопросов: в частности, недостаточное количество частиц пыли малых размеров в данных, а также то, что измеряемые потоки до 2003 года могут быть воспроизведены только с помощью моделирования крупных частиц (> 0.2 мкм), а после 2005 года - наоборот, только с помощью частиц малых размеров [2]. Причина может заключаться в том, что в модели, которая использовалась для анализа, не учитывалось влияние гелиосферного ударного слоя на траектории пылинок, хотя известно, что при прохождении этой области некоторые частицы межзвездной пыли испытывают фильтрацию [3], и, соответственно, не достигают малых гелиоцентрических расстояний. Цель данной работы - численное моделирование потоков межзвездной пыли на КА Улисс, а также сравнение модельных расчетов с экспериментальными данными.

Для описания распределения межзвездной пыли используется кинетический подход, который состоит в решении кинетического уравнения с помощью метода Монте-Карло. Частицы межзвездной пыли начинают свое движение из области невозмущенной локальной межзвездной среды с одинаковой скоростью, численно равной скорости движения Солнца в локальной межзвездной среде. Динамику движения пылинок в гелиосфере и ее окрестностях определяют три силы: сила гравитационного притяжения к Солнцу, сила радиационного давления, а также электромагнитная сила. Гелиосферное магнитное поле содержит поверхность разрыва своей полярности - гелиосферный токовый слой, форма которого зависит от фазы солнечного цикла, а также от угла поворота Солнца вокруг своей оси. Мы проводим моделирование потоков межзвездной пыли в области, которая содержит траекторию КА Улисс, для частиц каждого размера отдельно, а также с учетом распределения по размерам пылевых частиц в межзвездной среде, полученного на основе астрономических наблюдений.

[1] Grun E., Zook H. A., Baguhl M. et al., 1993, Nature, V. 362, 428.
[2] Sterken V.J., Strub P., Kruger H., von Steiger R., Frisch P., 2015, ApJ, V. 812, 141.
[3] Slavin J.D., Frisch P.C., Muller H.-R. et al., 2012, ApJ, V. 760, 46.