Зонд Voyager 2 открыл неоднородность и пористость границ Солнечной системы. Что это значит?

Исследовательские миссии по изучению границ Солнечной системы Voyager и Voyager 2 запущены с разницей в одну неделю в 1977 году. На сегодняшний день они являются самыми далекими от Земли искусственными объектами. Сейчас автоматические межпланетные станции находятся на расстоянии примерно 22 млрд км от Земли — за пределами гелиосферы, но еще внутри Солнечной системы.

До конца не ясно, когда эти станции покинут Солнечную систему. Специфическое строение системы усложняет движение зондов, поскольку она окружена гипотетическим гигантским скоплением комет, которые находятся под воздействием гравитации Солнца — облаком Оорта. Мы точно не знаем, действительно ли оно существует, однако все математические модели указывают на его наличие.

Несмотря на то, что первая миссия Voyager является самым быстрым искусственным объектом во Вселенной, который движется со скоростью около 17,5 км/с — или 0,005% от скорости солнечного света, за край внешнего облака Оорта спутник выйдет не раньше, чем через 30 тыс. лет. А своей первой звезды — Росс 248, одиночной звезды в созвездии Андромеды, находящейся на расстоянии в 10,4 световых лет от Солнца, Voyager достигнет еще через 40 тыс. лет после выхода за край внешнего облака.

При этом человечество прекратит получать сигналы от Voyager 1 и Voyager 2 уже после 2025 года. Аппараты создавались в 70-х годах прошлого века, и на них стоят не очень мощные антенны, которые просто не смогут передавать информацию о местоположении зондов на таком расстоянии.

Изначально миссии Voyager запускали для изучения дальних уголков Солнечной системы — Юпитера, Сатурна, Нептуна и Урана. При этом Voyager 2 является единственным зондом, который достиг этой планеты, поэтому абсолютно всё, что мы знаем об Уране, было передано на Землю с Voyager 2. Миссии открыли множество лун этих планет, после чего НАСА решило отправить зонды за пределы гелиосферы.

На смену Voyager пришел зонд New Horizons, запущенный НАСА в 2006 году. Сейчас он изучает пояс Койпера и один из самых дальних астероидов Солнечной системы — Ультиму Туле, про который мы подробно рассказывали в большом материале.

Границы гелиосферы и гелиопауза

В докладе НАСА руководитель проекта Voyager Эд Стоун рассказал о многочисленных аномалиях, которые зафиксировал зонд Voyager 2 после выхода в межзвездную среду. При выходе Voyager 2 из гелиосферы эти данные сравнивались с показателями, которые присылал зонд Voyager 1 на Землю.

Первый Voyager покинул гелиосферу — пузырь плазмы вокруг Солнечной системы из солнечного ветра — еще в 2012 году на расстоянии 122 а. е. (астрономических единиц; это среднее расстояние от Земли до Солнца) от звезды. Именно в это время его датчики перестали фиксировать направленный поток частиц солнечного ветра.

При этом Voyager 2 пересек гелиопаузу (место, где заканчивается солнечный ветер и начинается встречное движение межзвездного вещества) только в декабре 2018 года на расстоянии 119 а. е. от Солнца.

После сравнения полученных данных ученые пришли к выводу, что границы в разных точках гелиосферы оказались совсем разными. Согласно исследованию, Voyager 2 пересек гелиопаузу в разы быстрее, чем это сделал Voyager 1, а сама структура пограничного слоя была другой. При этом в месте, где второй зонд пересекал границу гелиосферы, ее толщина была намного больше, чем участок первого.

Разница в показателях может быть связана с тем, что Voyager 2 и Voyager 1 пересекли границу гелиосферы в разных участках — в условном северном полушарии и южном, с промежутком более шести лет.

Сейчас мы предполагаем, что эта граница не стоит на месте, а двигается вперед и назад вместе с циклом солнечной активности. Это объяснило бы, почему скорость солнечного ветра и его давление резко упали в тот момент, когда Voyager 1 сближался с ней, а с Voyager 2 произошло нечто обратное. Оказалось, что Солнечная система «дышит», это резко усложнило картину.

Эд Стоун, руководитель проекта Voyager

Границы гелиосферы могут быть связаны с циклами активности Солнца и мощностью солнечного ветра. Однако основным открытием миссий стало то, что границы гелиосферы оказались непостоянными и меняющимися в зависимости от активности звезды.

За последние шесть лет Voyager обнаружил в межзвездной среде следы, как считали ученые, корональных выбросов — мощных вспышек на Солнце. Однако после выхода Voyager 2 за границы гелиосферы оказалось, что это не следы корональных выбросов, а материя из плазменного пузыря гелиосферы, граница которой оказалась «дырявой». Пока ученые не могут сказать, почему граница между южной частью гелиосферы и межзвездным пространством пропускает плазму, а в северной части этого явления нет.

Эту плазму инструменты Voyager 2 зафиксировали даже на расстоянии в 2 млрд км от гелиопаузы. При этом датчики Voyager перестали фиксировать частицы солнечного ветра ровно в том месте, где закончилась ударная волна его вещества.

Еще одним неожиданным открытием для астрофизиков стало магнитное поле межзвездной среды. Ранее ученые считали, что после выхода за пределы гелиосферы магнитное поле будет устроено хаотично или будет направлено в противоположную сторону, однако оказалось, что его направление абсолютно не отличается от магнитного поля в гелиосфере.

Уровень космической радиации за пределами гелиосферы оказался неожиданно высоким — в четыре раза больше, чем внутри Солнечной системы. Эти данные необходимы для разработки исследовательских миссий нового поколения по изучению границ гелиосферы, поскольку сильная радиация негативно сказывается на работоспособности зондов.

Для других — и более детальных анализов границ гелиосферы — НАСА собирается запустить еще несколько миссий, которые будут изучать другие пограничные участки. Это позволит собрать больше данных об устройстве границ Солнечной системы и взаимодействия солнечного ветра и межзвездного пространства.