А откуда мы знаем, что Вояджер действительно вышел в межзвездное пространство?

Солнечная система и Вояджер 1. На схеме расстояния внутри Солнечной системы показаны в логарифмической шкале: каждая следующая метка соответствует расстоянию, в 10 раз большему, чем предыдущий промежуток. За единицу принято среднее расстояние от Земли до Солнца, которое называется астрономической единицей. Положение Вояджера указано стрелкой. Справа показаны ближайшие к Солнцу звезды: альфа Центавра (alpha Cetntauri) и АС +79 3888.

Когда именно космический аппарат Вояджер 1, улетевший дальше всех из  созданных человечеством,  вышел в межзвездное пространство? Вопрос этот совсем не простой. За последний год уже не в первый раз в СМИ появляется сообщение, что Вояджер 1 "покинул нашу Солнечную систему". Почему же  команда Вояджера не только теперь официально объявила об этом?

"Мы были осторожны, потому что имеем дело с одной из важнейших вех в истории освоения космоса", сказал научный сотрудник проекта Вояджер Эд  Стоун из Калифорнийского технологического института в Пасадене. "Только теперь у нас есть все необходимые данные: о состоянии плазмы, плотности и движении частиц. Наиболее важным маркером, который определяет, находится ли Вояджер внутри гелиосферы, т.е., пространства солнечной системы, является плазма. Солнечный ветер, поток ионизированных атомов солнечной короны взаимодействуют с плазмой межзвездной среды, выдувая. в ней своеобразный пузырь. Граница гелиофсеры, на которой скорость солнечного ветра резко падает, называется гелиопаузой. Из-за движения Солнца относительно межзвездной среды гелиосфера приобретает форму капли, вытянутую хвостом в сторону, противоположную движению Солнца.

"Мы искали признаки, предсказанные моделями на основании наилучших данные, но у нас не было измерений параметров плазмы от Вояджера 1", сказал Стоун.  "Научные дискуссии могут продолжаться годами и даже десятилетиями, особенно когда необходимы дополнительные данные".

Два космических аппарата Вояджер 1 и 2  были запущены в 1977 году и облетели Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун к 1989 году. На Вояджере 1 был установлен прибор, предназначенный для измерения плотности, температуры и скорости плазмы.К сожалению, этот  прибор перестал работать в 1980 году. Когда Вояджер  1 обнаружил признаки межзвездного пространства на границе гелиосферы в 2004 году, ученые не имели инструмента для прямых измерений параметров плазмы. Поэтому основные усилия были направлены на изучение магнитного поля, как индикатора движения плазмы. Солнечная плазма движется вместе с силовыми линиями магнитного поля Солнца, межзвездная плазма соответственно –с линиями межзвездных магнитных полей. Направления солнечного и межзвездных магнитных полей различны. Большинство моделей предсказывают резкое изменение направления магнитного поля в тот момент, когда как Вояджер пересекает границу гелиосферы. Модели также предполагают, что в этот момент число заряженных частиц, возникающих внутри гелиосферы резко уменьшится, а уровень галактических космических лучей возрастет.

В мае 2012 года число галактических космических лучей совершило свой первый значительный скачок, а число некоторых частиц солнечного ветра впервые значительно уменьшилось. Темп изменений резко возрос 28 июля 2012 года. Через пять дней интенсивности вернулись к прежнему уровню. Это был первый признак  межзвездного пространства. К 25 августа, как теперь известно, Вояджер-1 оказался в новой области, где число некоторых частиц солнечной плазмы сократилось более чем в 1000 раз по сравнению с 2004 годом. Уровень галактических космических лучей подскочил до самого высокого значения за все время миссии. Однако, последующий анализ магнитных полей показал, что направление магнитного поля изменилось менее чем на 2 градуса. Это означало что Вояджер 1 все еще находится в магнитном поле Солнца, хотя и попал в новую область, бедную частицами солнечной плазмы.

В апреле 2013 года ученые случайно получили еще один кусок головоломки. Команда под руководством с Дон Гарнеттом и Биллом Куртом из Университета Айовы (Айова-Сити), изучала всплески радиоволн в 1983  –  1984  и 1992 –1993 годах. Эти всплески возникали в межзвездной плазме после мощных солнечных вспышек. Частицы, выброшенные Солнцем в момент вспышки, достигали гелиопаузы примерно за  400 дней, что дает размер гелиосферы от  117 до 177 астрономических единиц.

9 апреля 2013 года Вояджер 1, оказался в области межзвездной плазмы с высокой плотностью. После анализа слабых всплесков радиоволн группа Гарнетта и Курта предположила, что впервые Вояджер столкнулся с такой плотной межзвездной плазмой в августе 2012 года.

Чтобы решить, где именно проходит граница гелиосферы, и пересек ли ее космический аппарат, Эд Стоун трижды собирал совещания команды Вояджера. Нужно было учесть все факторы. По результатам анализа Гарнетта и Курта Вояджер 1 уже попал в область межзвездной плазмы, но влияние Солнца все еще было значительным. Одним из признаков этого влияния было количество соударений Вояджера 1 с космическими частицами. В межзвездном пространстве количество соударений частицы должно быть одинаковым по всем направлениям, но в 2012 году количество ударов все еще зависело от направления. Путешествие Вояджера показало, что граница гелиофсеры имеет сложное строение. "В конце концов, было достигнуто общее согласие, что Вояджер 1 действительно перешел в межзвездное пространство", сказал Стоун. "Но все же он находится в переходной области. Мы не знаем, когда он достигнет межзвездного пространства, свободного от влияния нашего Солнца".

Итак, команда сказала, что Вояджер 1 покинул Солнечную систему? Не совсем так - и это часть путаницы. С 1960-х большинство ученых определяет границу нашей солнечной системы на расстоянии облака Оорта, откуда время от времени прилетают кометы. Это область, в которой гравитация других звезд становятся сравнимыми с гравитацией Солнца. Чтобы достичь внутреннего края облака Оорта, Вояджеру 1 потребуется около 300 лет, и, возможно, около 30000 лет, чтобы выбраться за его пределы. Неформально "Солнечной системой" обычно называют область, ограниченную орбитами планет, т.е. часть пространства вблизи нашего Солнца. Из-за этой неопределенности, команда Вояджера в последнее время предлагает говорить о межзвездном пространстве, которое они определяют, как о пространстве между плазменными сферами звезд. Плазменные сферы в этом случае аналогичны понятию гелиосфера.

"Мы можем утверждать, что сказать, Вояджер 1 купается в веществе других звезд", сказал Стоун. "Но мы не может предсказать, какие еще открытия ждут Вояджер 1 в дальнейшем путешествии. Никто не мог предсказать все детали того пути, что он уже прошел, а значит, мы ожидаем дальшейших сюрпризов".

Вояджер 1 обладает достаточным уровнем электрической мощности, чтобы  продолжить работу всех научных приборов, по крайней мере до 2020 года, что будет означать 43 года непрерывной работы. После этого руководителям миссии придется по одному отключать приборы, чтобы сохранить энергию. Последний научный прибор предполагается отключить в 2025 году. В течение еще нескольких лет после этого Вояджер 1 будет отправлять на Землю технические данные.

Дальше Вояджер 1 будет продолжать космическое плаванье как молчаливый посланник. Примерно через 40 000 лет он будет ближе к звезде AC +79 3888, чем к нашему Солнцу. AC +79 3888 в это время будет ближе к нам, чем Альфа Центавра, наша самая близкая звезда в нынешнюю эпоху. И в дальнейшем Вояджер 1 будет двигаться по орбите вокруг центра нашей Галактики, крошечная рукотворная точка среди других небесных тел.

По материалам NASA подготовила Елена Алексеева