В какой части Солнечной системы оказался «Вояджер 1»?

Давно уже существовали предположения о том, что за поясом Койпера находится граница ударной волны, где солнечный ветер резко замедляется, создавая физическую ударную волну. Это подобно преодолению звукового барьера на Земле. На самом деле, такая точка действительно существует, и она даже была измерена, но «Вояджер 1» и «Вояджер 2», летя каждый по своему направлению, преодолели ее без запинки. («Вояджер 2», предназначенный первоначально для изучения только Юпитера и Сатурна, пролетел мимо Урана и Нептуна, так что он был ближе к этой точке, летя в ином направлении.)

Когда «Вояджер 1» вошел в зону замедления солнечного ветра, известную как гелиомантия, он обнаружил странное явление, которое коллектив Лаборатории реактивных двигателей назвал «магнитной автострадой». Там силовые линии магнитного поля Солнца соединяются с линиями межзвездного магнитного поля, создавая свой магнитный пузырь. В этом месте наблюдается снижение количества низкоэнергетических частиц, исходящих изнутри гелиосферы, но туда проникает масса частиц высоких энергий, прибывших из межзвездного пространства, и между ними происходит обмен.

Главный испытатель миссии «Вояджера» Эдвард Стоун (Edward Stone), руководящий ею с начала 1970-х годов, а также остальные члены его команды из Лаборатории реактивных двигателей полагали, что переход из гелиомантии в межзвездное пространство в конечной точке, называемой гелиопаузой, будет отмечен изменениями в направлении магнитной силы. В эллиптической плоскости магнитные поля Солнца идут на восток-запад. Основываясь на данных измерений космического зонда Interstellar Boundary Explorer (Исследователь межзвездных границ), ученые выстроили теорию о том, что межзвездное пространство будет в большей степени ориентировано в направлении север-юг, полагая, что сдвиг составляет около 30 градусов.

В феврале и июле другие ученые опубликовали ряд работ, основанных на данных «Вояджера», которые находятся в общем доступе. Они пришли к выводу, что зонд покинул пределы магнитного пузыря 25 августа 2012 года. Однако доктора Стоуна и его коллег эти выводы не убедили, и еще в июне 2013 года они заявляли, что надо смотреть не только на обмен заряженных частиц, но и на изменения в магнитной ориентации.

(Данные постоянно записываются на восьмидорожечном цифровом магнитофоне, объем памяти которого составляет в эквиваленте половину гигабайта. Каждые полгода данные передаются на Землю со скоростью 1400 бит в секунду. Это просто поразительная техника для начала 1970-х годов, а сегодня поражает то, что она продолжает работать.)

Но в апреле 2013 года появились новые данные измерений, которые изменили точку зрения научного коллектива. У «Вояджера 1» осталось несколько работающих до сих пор приборов, а его плазменно-волновой детектор позволил провести детальный анализ той среды коронального выброса массы марта 2012 года, в которой летел зонд в апреле 2013 года. (Его плазменный датчик вышел из строя в 1980 году, а с его помощью такую работу можно было бы проделать гораздо раньше. Плазменно-волновой детектор предназначен для сбора данных с Юпитера и Сатурна о взаимодействии волн и частиц. Корональный выброс посылает частицы очень далеко, и этот прибор способен измерять плотность напрямую.)

Плотность плазмы внутри гелиосферы и за ее пределами определяется при помощи наземных приборов. В межзвездном пространстве должно быть примерно в 50 раз больше электронов на единицу объема (10000 на кубометр, в то время как внутри системы их 200 на кубометр). Плазменно-волновой детектор определил колебания, соответствующие 8000 электронов на кубометр, что было в пределах нормы.

Проследив прежние данные измерений в поисках последовательностей, команда указала на дату 25 августа 2012 года – ту же самую, о которой говорили авторы более ранних работ. Но на сей раз это было сделано с большей определенностью и уверенностью благодаря измерениям плотности. В тот момент «Вояджер 1» находился в 121 астрономической единице от Земли. Ученые жаждут узнать, почему не произошло ожидаемого поворота магнитного поля. На пресс-конференции они говорили об этом с большим воодушевлением.

Но истинным пределом гравитационной области Солнечной системы считается облако Оорта, расстояние от границы которого до Солнца составляет примерно 50000 астрономических единиц, то есть, в 400 раз больше нынешнего расстояния «Вояджера» от нашей звезды. Однако оно может слабо простираться на расстояние в 100000 и даже в 200000 астрономических единиц. За границей в 50000 астрономических единиц притяжение Солнца ослабевает до такой степени, что оно может лишь удерживать объекты. Такие свойства Солнце сохраняет до границ облака Оорта.

Специалисты из Лаборатории реактивных двигателей упомянули это мельком в своем пресс-релизе, в котором очень осторожно говорится о межзвездном пространстве. Гелиосфера солнца это яйцо, которое не пускает в свои пределы основную часть частиц высокой энергии, но в пространстве между гелиопаузой и облаком Оорта межзвездные частицы путешествуют свободно.

Мой друг Дэвид Блатнер (David Blatner) в своей книге «Spectrums: Our Mind-Boggling Universe From Infinitesimal to Infinity» весьма поэтично написал о том, насколько далеко находится облако Оорта:

Если бы Земля была крупицей соли, то наша Солнечная система (только до Нептуна!) была бы шириной в 352 метра. Значит, эта крупица соли находилась бы в пространстве размером в три с половиной футбольных поля. Если взять всю Солнечную систему целиком (до облака Оорта) то это в 2000 с лишним раз больше: крупица соли в пространстве шириной в 700 с лишним километров. (Это расстояние от Сан-Франциско до Сиэтла – два часа полета, причем на всем протяжении вы не встретите абсолютно ничего, разве что пару крупинок.)

Это важное достижение для человечества (а также для ученых из Лаборатории реактивных двигателей и других исследователей, которые так долго планировали эту миссию) – ведь их зонд залетел так далеко, сохраняя свою работоспособность. Стоун сегодня сказал: «Это плавание в неизведанных водах нового космического океана, и мы являемся участниками этого путешествия».

Источником энергии зондов «Вояджер» являются радиоизотопные термоэлектрические генераторы. Они позволят работающим приборам функционировать примерно до 2021 года, после чего их необходимо будет по очереди отключить, завершив отключение всех компонентов в 2025 году. После этого наши космические путешественники навсегда уйдут в черные глубины космического одиночества.

Источник