Во вселенской черноте, в миллиардах километров от дома корабль НАСА «Вояджер-2» открыл в ноябре 2018 года новую страницу в истории космонавтики, став вторым космическим аппаратом, вышедшим в межзвездное пространство. Сегодня, за день до годовщины этой вехи, ученые рассказали, что увидел «Вояджер-2» за этим порогом, дав человечеству надежду разгадать некоторые из тайн Солнечной системы.

Пять исследований, опубликованных сегодня в журнале «Нейчер астрономи» (Nature Astronomy), рассказывают, как космический корабль впервые взял пробу электрически заряженной дымки или плазмы, наполняющей межзвездное пространство и отдаленные уголки Солнечной системы. Это еще одно достижение «Вояджера-2», который, стартовав в 1977 году, совершил единственный в истории облет ледяных гигантов Урана и Нептуна.

Путешествие «Вояджера-2» в межзвездное пространство — логическое продолжение миссии «Вояджера-1», совершившего это достижение в 2012 году. Данные с обоих кораблей имеют немало общего, включая одинаковую плотность частиц, с чем они столкнулись в межзвездном пространстве. Но как ни поразительно, корабли-близнецы обнаружили и ряд ключевых различий, — ставя новые вопросы о движении Солнца через галактику.

«Это по-настоящему выдающийся полет», — заявил на прошлой неделе физик из Калифорнийского технологического института Эд Стоун (Ed Stone), участник проекта «Вояджер».

«Просто поразительно, что человечество вышло в межзвездное пространство, — добавляет физик Джейми Ранкин (Jamie Rankin), научный сотрудник Принстонского университета. Собственно в исследованиях она не участвовала. — Впервые мы попали туда после выхода „Вояджера-1", но полет „Вояджера-2" даже интереснее, потому что теперь мы можем сравнить разные места межзвездного пространства».

Внутри пузыря

Чтобы разобраться в последних открытиях «Вояджера-2», нелишне будет вспомнить, что Солнце — отнюдь не тихо светящийся шар. Наша главная звезда — это пышущая жаром ядерная печь, которая несется вокруг центра галактики со скоростью около 725 тысяч километров в час.

 

Кроме того, Солнце пронизано скрученными и переплетенными магнитными полями, в результате чего его поверхность постоянно излучает поток электрически заряженных частиц, называемых солнечным ветром. Эти порывы устремляются во все стороны, разнося магнитное поле солнца. В конце концов солнечный ветер врезается в межзвездную среду — обломки древних звездных взрывов между звездами.

 

Cолнечный ветер и межзвездная среда как масло с водой: идеального смешивания не получается, и внутри межзвездного пространства образуется пузырь под названием гелиосфера. По данным «Вояджера», он простирается почти на 18 миллиардов километров от Солнца и, помимо светила, включает в себя все восемь планет и большую часть внешних тел, вращающихся вокруг него. И это очень удобно: защитная гелиосфера экранирует все внутри, — включая нашу хрупкую ДНК, — от излучения высочайшей в галактики энергии.

Внешний край гелиосферы, гелиопауза, — это уже начало межзвездного пространства. Осознание этого порога принципиально важно для понимания движения Солнца по галактике. Кроме того, так мы можем узнать больше и о других звездах, рассеянных по космосу.

«Мы пытаемся разобраться в природе той границы, где сталкиваются и смешиваются два ветра, — сказал Стоун на брифинге. — Как именно они смешиваются и сколько всего „проливается" изнутри наружу и снаружи пузыря внутрь?»

Ученые впервые увидели гелиопаузу 25 августа 2012 года, когда в межзвездное пространство вошел «Вояджер-1». От увиденного у них аж рты раскрылись. Теперь ученые знают, что межзвездное магнитное поле примерно в два-три раза сильнее, чем ожидалось. Из этого, в свою очередь, следует, что межзвездные частицы оказывают в нашей гелиосфере давление в десять раз сильнее, чем считалось ранее.

«Это первая наша платформа, которая действительно испытала влияние межзвездной среды, для нас это настоящий первопроходец», — говорит гелиофизик Патрик Коэн (Patrick Koehn), специалист по программам в штаб-квартире НАСА.

Неплотная граница

Но вопреки всем ожиданиям результаты «Вояджера-1» оказались неполными. Прибор для измерения температуры плазмы отказал еще в 1980 году. Плазменный же инструмент «Вояджера-2» работает без сбоев, поэтому, когда он пересек гелиопаузу 5 ноября 2018 года, ученые подошли к рубежу во всеоружии.

Так, исследователи впервые узнали, что когда объект проходит в пределах 225 миллионов километров от гелиопаузы, окружающая его плазма замедляется, нагревается и становится более плотной. А по другую сторону границы средняя температура межзвездной среды составляет чуть менее 30 тысяч градусов Цельсия — то есть намного теплее, чем ожидалось.

Кроме того, «Вояджер-2» подтвердил, что гелиопауза — граница неплотная, и что утечки идут в обе стороны. Проходя через гелиопаузу, «Вояджер-1» видел завитки межзвездных частиц, напоминающие корни деревьев, которые пробиваются через скалы. «Вояджер-2» уловил и струйки частиц малой энергии на расстоянии сотен миллионов километров за гелиопаузой.

Еще одна загадка появилась, когда «Вояджер-1» приблизился к гелиопаузе на расстояние в 1,3 миллиарда километров и вошел в некое неопределенное пространство, где исходящий солнечный ветер замедлился до минимума. «Вояджер-2», прежде чем пересечь гелиопаузу, засек совершенно иной вид слоя, сформированный солнечным ветром, — как ни странно, такой же толщины, что и тот «застойный», замеченный «Вояджером-1».

«Все это очень, очень странно, — говорит Коэн. — Получается, что нам нужно больше данных».

Межзвездное продолжение?

Решение этих головоломок потребует новых данных о гелиосфере в целом. «Вояджер-1» вышел из гелиосферы около её передней кромки, где та сталкивается с межзвездной средой, а «Вояджер-2» вышел из неё вдоль ее левого фланга. О следе гелиосферы у нас данных нет, поэтому ее форма остается загадкой. Давление межзвездной среды может придавать гелиосфере примерно сферическую форму, но не исключено, что у нее есть хвост вроде кометы, или по форме она напоминает круассан.

Но несмотря на то, что наружу движутся и другие космические корабли, передать обратно данные о гелиопаузе они не смогут. Космический аппарат НАСА «Нью хорайзонс» (New Horizons) удаляется из Солнечной системы со скоростью 50 тысяч километров в час. В 2030-х у него кончится энергия, и он умолкнет — на расстоянии более 1,6 миллиарда миль от внешнего края гелиосферы. Поэтому ученые «Вояджера» призывают продолжить межзвездное зондирование. Их цель — рассчитанная на несколько поколений миссия сроком в 50 лет для исследования внешней части солнечной системы, неизведанных районов, куда не достигает солнечный ветер.

«Вот пузырь целиком, а мы пронзили его лишь в двух точках, — заявил на брифинге соавтор исследования Стаматиос Кримигис (Stamatios Krimigis), почетный руководитель Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. — Двух примеров явно недостаточно».

Принять эстафету готово новое поколение ученых — включая Ранкин, которая писала диссертацию по межзвездным данным «Вояджера-1» в Калифорнийском технологическом институте, а ее научным руководителем был Стоун.

«Работать с самыми свежими данными с космического корабля, запущенного до моего рождения, было ужасно интересно, — и поразительная научная информация продолжают поступать, — говорит она. — Я очень благодарна всем людям, которые занимались „Вояджером"».