Путешествие "Вояджера-2" за пределы Солнечной системы открывает новые космические тайны

Зонды-близнецы "Вояджер" продолжают помогать нам изучать наше место среди звезд.

Отредактировано 2023-25-06
Иллюстрация выхода космического аппарата Вояджер из гелиосферыВояджер-1 и Вояджер-2 - единственные космические аппараты, которые коснулись пузыря, окружающего Солнце.

Космический аппарат "Вояджер-2" провел более четырех десятилетий, преодолевая солнечный ветер вдали от Солнца и в галактике. Затем, менее чем за сутки, зонд вырвался из защитного пузыря нашего Солнца в межзвездное море инопланетных частиц.

Точная форма этого пузыря, который отталкивает около 70 процентов вредного космического излучения, и то, как внутренняя часть смешивается (или не смешивается) с внешней, - это вопросы, которые беспокоят исследователей на протяжении десятилетий. Они косвенно видели этот край нашего космического двора с помощью радиоволн и других наблюдений, но их первый прямой контакт с таинственной границей произошел, когда "Вояджер-1" проплыл через нее в 2012 году. Теперь "Вояджер-2", который присоединился к своему предшественнику на внешней стороне в ноябре прошлого года, дал возможность попробовать себя во второй раз, во втором месте. После года анализа исследователи опубликовали серию статей в журнале Nature Astronomy, в которых подробно описаны прямые измерения "Вояджера-2" в окружающем нас солнечном пузыре - конкретные знания о физической структуре, которая была чисто теоретической во время планирования миссии.

50 лет назад мы не знали, была ли там вообще граница", - говорит Дональд Гернетт, заслуженный профессор Университета Огайо и главный исследователь плазменно-волновых приборов "Вояджера".

В то время как основные миссии "Вояджера" были направлены на исследование планет, расширенные миссии сфокусировались на Солнечной системе в целом. Помимо того, что Солнце освещает небо, оно также выбрасывает солнечный ветер заряженных частиц во всех направлениях со скоростью около миллиона миль в час. Хотя мы склонны считать "космическое пространство" пустым, этот ветер на самом деле наполняет Солнечную систему тонкой плазмой (вид горячего, заряженного энергией газа), которая становится все тоньше по мере удаления от Солнца. "Это похоже на распыление духов в комнате", - говорит Гурнетт.

В конце концов, солнечная плазма становится настолько тонкой - около одного электрона на кубик Рубика пространства, - что не может больше отталкивать материал межзвездного пространства. Там тоже есть плазма, и снаружи она примерно в 20 раз толще, чем внутри зоны влияния Солнца - зоны, известной как гелиосфера. Этот резкий переход от тонкой плазмы к толстой плазме является одним из признаков того, что корабли вошли в межзвездное пространство. То, что мы измеряем, - это наш задний двор", - говорит Мерав Офер, физик плазмы из Бостонского университета, который не принимал непосредственного участия в работе команды "Вояджеров". "Мы никогда не были за пределами нашего дома в галактике".

Но теперь, когда "Вояджеры" выходят на местную орбиту (другие исчезнувшие космические аппараты тоже, но они не продолжают собирать данные), исследователи сравнивают результаты измерений с их соответствующих мест и собирают воедино все, что могут, об общей форме и поведении гелиосферы. Например, "Вояджеру-1" удалось косвенно уловить некоторые запахи межзвездной плазмы еще в гелиосфере, что свидетельствует о том, что Солнце создает вокруг Солнечной системы барьер со сквозняком. "Это почти как будто кто-то открыл окно, и мы получили немного межзвездного материала перед [границей]", - говорит Офер.

Однако во время прошлогоднего полета "Вояджер-2" не ощущал подобных межзвездных порывов. Он также ощущал солнечные бризы вплоть до самого края - зоны, где "Вояджер-1" сообщал о штиле.

Еще большее недоумение вызывает поведение магнитного поля. Вояджер 2 подтверждает несколько противоречивые магнитные данные Вояджера 1, согласно которым магнитное поле в солнечной плазме плавно переходит в магнитное поле в межзвездной плазме, не показывая никаких признаков границы. Офер говорит, что явление, называемое пересоединением, возможно, объединяет эти два поля, но в целом гелиосфера не так проста, как некоторые надеялись. "Мы не очень понимаем эту оболочку, эту стену, которая отделяет нас от межзвездной среды", - говорит она. "Это гораздо более сложное предприятие, чем мы думали".

Все усложняется тем, что гелиосфера на самом деле не является сферой. Солнце несется сквозь пространство со скоростью почти 60 000 миль в час по Млечному Пути, увлекая за собой всю Солнечную систему и сжимая солнечный пузырь в то, что Гурнетт называет "формой тупой пули". Существуют некоторые дискуссии о том, как на самом деле выглядит эта пуля (Офер говорит, что она напоминает след от лодки), но две точки выхода "Вояджера" помогают исследователям начать определять ее форму.

Вояджер-1 вырвался из носа пули, в то время как Вояджер-2 выскочил немного ниже и левее. Тем не менее, несмотря на то, что оба аппарата выходили через разные выходы в разное время солнечного цикла (который, как считается, надувает или сдувает гелиосферу), они столкнулись с границей пули на примерно одинаковом расстоянии от Солнца, что указывает на то, что передняя часть пули довольно круглая. Чтобы выяснить, как выглядит боковая или задняя часть, НАСА может когда-нибудь отправить еще одну многодесятилетнюю миссию, чтобы коснуться другой точки. А пока исследователям придется довольствоваться IBEX и IMAP, нынешними и предстоящими миссиями, цель которых - составить карту гелиосферы дистанционно, с гораздо более близкого к Земле расстояния.

В конечном итоге, полагает Гурнетт, наследие "Вояджера" может заключаться в том, чтобы подчеркнуть любовь Вселенной к чистым границам, будь то мембрана Солнечной системы или поверхность Солнца. Вместо того, чтобы ненавидеть вакуум, как гласит старая пословица, возможно, природа ненавидит плавные переходы. "Вы можете подумать, что, когда вы выходите в межзвездное пространство, это может быть своего рода континуум", - говорит он, - "но вместо этого природа любит превращать его в настоящую резкую границу".