Спутник НАСА исследует пределы нашей Солнечной системы и обнаруживает странную рябь
Запущенный в 2008 году аппарат НАСА Interstellar Boundary Explorer вращается вокруг Земли, чтобы составить карту гелиопаузы - границы между нашей Солнечной системой и межзвездной средой. Данные с этого небольшого спутника свидетельствуют о том, что края нашей Солнечной системы являются местом странной ряби.
Млечный Путь является домом для более чем 100 миллиардов звезд. Наша Солнечная система заключена в "пузырь", называемый гелиосферой, который отделяет нас от остальной галактики и защищает от некоторых космических лучей. Этот защитный пузырь создается самим Солнцем, которое постоянно испускает поток заряженных частиц. Этот солнечный ветер распространяется далеко за пределы Нептуна и даже пояса Койпера, унося с собой часть солнечного магнитного поля.
Гелиосфера была открыта в конце 1950-х годов. Изучая ее, ученые все больше узнают о том, как она снижает радиационное воздействие на космонавтов и космические корабли и, в целом, как звезды могут влиять на соседние планеты. Оснащенный телескопами для наблюдения за внешним краем гелиосферы, аппарат Interstellar Boundary Explorer (IBEX) фиксирует и анализирует класс частиц под названием "энергичные нейтральные атомы" (или ENA), которые образуются там, где встречаются межзвездная среда и солнечный ветер - в зоне, называемой гелиопаузой.
Граница, исследованная с помощью атомных потоков
Все основные планеты нашей Солнечной системы расположены во внутреннем слое гелиосферы, где частицы солнечного ветра чрезвычайно быстры (скорость движения около миллиона километров в час). Внешняя граница этого центрального слоя называется "конечной ударной волной"; за этой границей частицы начинают замедляться из-за давления внешней межзвездной среды. Слой между терминальной ударной волной и гелиопаузой называется гелиооболочкой.
Спутник IBEX фиксирует ENA, которые образуются при столкновении солнечного ветра с межзвездным ветром; хотя большинство этих атомов затем катапультируются в глубокий космос, некоторые из них возвращаются обратно к центру Солнечной системы (и, таким образом, захватываются IBEX). После учета силы солнечного ветра эти частицы могут быть использованы для составления карты формы границы - своего рода космическая эхолокация.
Предыдущие карты гелиосферы были основаны на долговременных измерениях эволюции давления солнечного ветра и выбросов ENA. "Это требовало пространственного и временного усреднения, которое сглаживало мелкие или динамические особенности гелиосферы", — объясняют исследователи в журнале Nature Astronomy. Но в конце 2014 года динамическое давление солнечного ветра увеличилось примерно на 50% в течение шести месяцев, что вызвало зависящее от времени и направления увеличение потоков атомов.
Команда ученых под руководством астрофизика Эрика Зирнштейна из Принстонского университета использовала это событие для получения более детального снимка формы конечной ударной волны и гелиопаузы. Данные, собранные IBEX, выявили огромные пульсирующие структуры в масштабе десятков астрономических единиц.
Используя моделирование, команда обнаружила, что фронт давления достиг конечной ударной волны в 2015 году, посылая волну давления через гелиосферу. Когда она достигла гелиопаузы, эта волна отразилась назад к конечной ударной волне, а затем столкнулась с потоком заряженной плазмы, который следовал за фронтом давления. Это вызвало настоящую бурю ENA в гелиооболочке.
Измерения команды также показывают значительное изменение расстояния до гелиопаузы. Зонд "Вояджер-1" пересек гелиопаузу в 2012 году на расстоянии 122 астрономических единиц. В 2016 году команда измерила, что расстояние до гелиопаузы в направлении, которое пересекал "Вояджер-1", составляет около 131 АЕ, в то время как зонд находился в межзвездном пространстве. То же самое относится и к "Вояджеру-2": когда он пересек гелиопаузу в 2018 году, он находился на расстоянии 119 АЕ. Но измерения, проведенные в 2015 году в направлении "Вояджера-2", оценили расстояние до гелиопаузы примерно в 103 АЕ.
Эти результаты свидетельствуют о том, что форма гелиопаузы существенно меняется, но ученые пока не знают почему.
В 2025 году НАСА планирует запустить зонд IMAP (Interstellar Mapping and Acceleration Probe). Камеры ENA на этом космическом аппарате имеют более высокое разрешение и более чувствительны, чем камеры на IBEX. "Изображения IMAP смогут создавать полные карты неба каждые шесть месяцев и частичные карты неба каждые три месяца, что позволит нам количественно оценить изменчивость во внешней гелиосфере в два раза быстрее, чем IBEX", — говорят исследователи. По их словам, это должно помочь раскрыть некоторые тайны, которые до сих пор окружают этот странный пузырь, защищающий нашу планетарную систему из космоса.