Космос огромен, но он отнюдь не пуст. Взгляните пристальнее, и вы обнаружите, что даже огромные и, казалось бы, пустые пространства между звездами пронизаны быстрыми частицами, пережившими древние катаклизмы, которые запустили их в полет по всей Вселенной почти со скоростью света.
Космический корабль Вояджер-2, покинувший Землю более 40 лет назад, чтобы исследовать внешние планеты, только что обнаружил 5-процентный всплеск числа этих «космических беженцев», сообщает НАСА. Новые измерения приносят долгожданный признак того, что зонд приближается к краю защитного пузыря Солнца, что для многих исследователей определяет границу между межпланетным и межзвездным пространством. Пересечение этой границы даст второй ценный набор данных, который поможет определить ее форму, но точное время, когда зонд покинет Солнечную систему, остается неизвестным.
«Мы наблюдаем изменения в окружающей среде вокруг Вояджер-2, в этом нет никаких сомнений», — сказал ученый проекта «Вояджер» Эд Стоун из Калифорнийского технологического университета в пресс-релизе. «Мы собираемся многому научиться в ближайшие месяцы, но мы до сих пор не знаем, когда зонд достигнет гелиопаузы. Мы еще не пришли — это одно, что я могу сказать с уверенностью».
Количество космических частиц вокруг Вояджер-2 стало резко расти с конца августа. Каждая точка на графике строится раз в 6 часов.
Если вы испытываете чувство дежавю, читая это — вы не ошиблись. Более быстрый зонд Вояджер-1 прислал данные, свидетельствующие об аналогичном увеличении межзвездных космических частиц, еще в мае 2012 года. В дополнение к свету Солнце также испускает плазму — заряженные частицы — во всех направлениях. Горячий и быстрый, этот солнечный ветер течет наружу мимо планет, отталкивая межзвездные частицы и создавая пузырь, который исследователи называют гелиосферой. Спустя три месяца, 25 августа, стареющие приборы Вояджера-1 обнаружили падение числа солнечных частиц и дальнейшее увеличение числа межзвездных частиц — убедительные доказательства того, что он, наконец, покинул гелиосферу.
Много границ
С точки зрения солнечного ветра, выход из гелиосферы означает выход из Солнечной системы. В предстоящие месяцы и годы Вояджер-2 должен присоединиться к Вояджер-1, изучая частицы и магнитные поля, которые существуют в относительной неподвижности между звезд. Но солнечный ветер — не единственный способ, которым Солнце может оказывать свое влияние, и если вы думаете о Солнечной системе как о коллекции камней и газовых шаров, которые гравитационно зависимы от Солнца, то обоим путешественникам предстоит долгий путь.
Самый простой способ визуализировать такие огромные расстояния — это использовать астрономические единицы, или а.е. Одна а.е — это расстояние между Солнцем и Землей (порядка 150 млн км — прим. перев.). Зонды летят в разные стороны, и сейчас Вояджер-1 находится на расстоянии около 143 а.е от Солнца, а Вояджер-2 несколько отстает от него, находясь на 118 а.е. Сигнал, идущий от Вояджер-2 со скоростью света, доходит до Земли только за 16 часов — к примеру, «пинг» до Марса составляет порядка 20 минут.
Путь Вояджеров.
Эти расстояния в разы больше, чем орбита последней планеты Солнечной системы — Нептуна, которая простирается в 30 а.е. от Солнца, а ведь есть объекты еще дальше. Например, орбита недавно обнаруженного «Гоблина» доходит до 2000 а.е, а коллекция ледяных скал, известная как облако Оорта, простирается от десятков до сотен тысяч а.е. В НАСА ожидает, что Вояджеры выйдут из этого региона примерно через 20 000 лет.
Но оставим в стороне далекую цель вырваться из гравитационного поля Солнца. Функционирующие Вояджеры, находящиеся в межзвездном пространстве, станут знаковым достижением для космической отрасли. Обмен сигналами с такими удаленными зондами требует огромных ресурсов, и НАСА уделяет от семи до десяти часов ценного времени своей радиолокационной сети Deep Space Network в день, чтобы улавливать все более слабые сигналы. Зонд Пионер-10 также где-то вблизи границы, но он перестал отвечать в 2003 году. Всего пять космических аппаратов путешествует достаточно быстро, чтобы вырваться из гравитационного поля Солнца, но два из них уже не функционируют, а третий, Новые горизонты, как ожидается, отключится прежде, чем покинуть гелиосферу через несколько десятилетий.
Проблемы с энергией
Ядерный источник энергии Вояджер-2 должен продержаться до 2025 года или около того — вероятно, достаточно долго, чтобы «попробовать» межзвездное пространство, но время, когда эти данные начнут поступать, остается загадкой. В то время как Вояджер-1 пересек границу через три месяца после регистрации увеличения числа космических частиц, Вояджер-2 движется в другой части гелиосферы, которая может быстро изменять форму.
«Все эти границы могут двигаться в зависимости от солнечной активности, и мы действительно не знаем, где они», — говорит Мерав Опер, астроном, изучающий форму гелиосферы в Бостонском университете. В наиболее активных точках 11-летнего цикла Солнца, как в той, в которой мы сейчас находимся, Солнце раздувает гелиосферу, как воздушный шар, отодвигая границу на несколько а.е в течение пары лет. Позже, при спаде солнечной активности, этот защитный пузырь «сдувается».
Форма гелиосферы может быть не такой однородной, как предполагает ее названия. «Вообще, природа не имеет очень гладких границ. Вопрос в том, какие именно неровности и в каком масштабе», — говорит Офер. Ее прошлые симуляции показали, что гелиосфера может быть больше похожа на волновой фронт от лодки на воде, чем на сферу.
Возможная форма гелиосферы, полученная путем компьютерного моделирования с учетом движения Солнечной системы сквозь космическое пространство.
Тщательное изучение Вояджер-1 одной точки этой границы принесло много откровений. Во-первых, гелиосфера герметичнее, чем считали физики, а гелиосферное и межзвездное магнитные поля связаны, что позволяет им обмениваться частицами в некоторых областях (из-за чего эти частицы мы можем регистрировать на Земле — прим. перев.). Вояджер-1 также совершил удивительные открытия, пролетая по краю гелиосферы. Так, зонд «серфил» по пучку направленных импульсов, вызванных внезапными Солнечными вспышками, и обнаружил достаточно небольшое количество межзвездного материала, что указывает на то, что Солнечная система летит через космическое пространство не так быстро, как думали астрономы. Офер еще больше волнуется за Вояджер-2, поскольку у него, в отличие от Вояджер-1, все еще есть рабочий регистратор плазмы, и он должен иметь возможность записывать первые в своем роде данные как о границе, так и о межзвездной среде.
Даже с беспрецедентной детализацией двух точек сбора данных о границе гелиосферы, через которую пролетают Вояджеры, вероятно, будет недостаточно, чтобы вычислить форму защитного пузыря Солнца. Исследователям также понадобятся данные со спутника IBEX, изучающего границу Солнечной системы, а так же данные будущей миссии IMAP, цель которой — как раз дистанционное обследование общей геометрии гелиосферы.
Раскрытие этой локальной тайны поможет в изучении других звезд. Астрономы могут видеть, что «астросферы» вокруг других звезд также создают волны в пространстве вокруг них, но их плазма остается слишком слабой для непосредственного изучения. Выяснение того, как Солнце формирует наш космический регион и защищает нас от космических частиц, станет важным шагом на пути к пониманию того, как этот же процесс происходит в другом месте.
«Если вы хотите изучить, как развивается жизнь в других звездных системах, вам нужно понять, как ведут себя другие астросферы», — говорит Офер. «Давайте начнем на нашем собственном заднем дворе».
