«Вояджеры» измерили скорость звука и давление в открытом космосе

На основании свежих данных с автоматических станций «Вояджер-1» и «Вояджер-2» ученые НАСА смогли измерить ряд параметров космического пространства на границе Солнечной системы. Среди прочего была определена скорость звука в гелиосферной мантии и давление в ней.

Космические аппараты «Вояджер» являются самыми удаленными от Земли рукотворными объектами, а также самыми старыми из работающих зондов. Они добрались до той части Солнечной системы, где она непосредственно граничит с межзвездным пространством. Наша звезда выбрасывает в космос огромное количество вещества и заряженных частиц, которые называются солнечным ветром. Эта плазма имеет неоднородную структуру и на расстоянии от 75 до 90 астрономических единиц от Солнца (11−13,5 миллиардов километров) она значительно теряет скорость из-за взаимодействия с межзвездным пространством. Данный регион называется границей ударной волны, а за ним начинается гелиосферная мантия. В ней движение солнечного ветра имеет турбулентный характер и плотность вещества существенно возрастает. Когда были сделаны описанные в исследовании измерения, «Вояджер-2» находился именно в ней, тогда как его «старший брат» уже пролетел чуть дальше — в гелиопаузу, где влияние солнечного ветра уравновешивается межзвезным веществом. К 2019 году оба зонда окончательно вылетели в межзвездное пространство.

В моменты усиления солнечной активности, количество выбрасываемого вещества увеличивается и солнечный ветер имеет большее давление. Из-за того, что это явление относительно краткосрочно, образуется интенсивный фронт, который можно легко отследить, а также сравнить его воздействие на разные приграничные регионы нашей планетной системы. В 2012 году подобное событие было зарегистрировано аппаратами с разницей в четыре месяца, что позволило оценить скорость распространения ударных волн в гелиосферной мантии. Проанализировав полученные данные, ученые пришли к выводам, заставившим их частично пересмотреть существующие теории. Оказалось, что плотность вещества в гелиосферной мантии гораздо выше, чем предполагалось, а его давление больше. Также удалось уточнить и скорость звука в ней — около 300 километров в секунду.

В обиходе под скоростью звука, как правило, понимается скорость распространения звуковых волн в воздухе. Однако с точки зрения физики, это скорость распространения упругих волн в любой среде. Межзвездное пространство лишь на первый взгляд абсолютно пустое, на самом деле в нем очень много вещества и заряженных частиц, которые постоянно взаимодействуют друг с другом. Человек, оказавшись в гелиосферной мантии, навряд ли хоть что-то заметит, а тем более услышит, но по сравнению с внутренней солнечной системой и межзвездным пространством этот регион — как стена бурлящей воды. Формирующиеся перед и после нее ударные волны видны в телескопы за сотни световых лет. Наиболее простая и наглядная аналогия происходящих процессов — струя воды, бьющая в дно раковины. Место, где струя сталкивается с твердой поверхностью — Солнце, тонкая пленка быстро расходящейся в стороны воды — солнечный ветер, а валик вокруг — мантия.