Зонд Voyager 2 передал новые данные из межзвездного пространства

Многочисленные аномалии, открытые зондом Voyager 2 после выхода в межзвездную среду, указывают на то, что у гелиосферы, "плазменного пузыря" Солнечной системы, нет постоянных границ. Она постоянно уменьшается и расширяется вместе с циклом солнечной активности, сообщил ТАСС руководитель проекта Voyager Эд Стоун. Результаты новых наблюдений зонда были опубликованы в специальном номере журнала Nature Astronomy (1, 2, 3, 4, 5).

"Сейчас мы предполагаем, что эта граница не стоит на месте, а двигается вперед и назад вместе с циклом солнечной активности. Это объяснило бы то, почему скорость солнечного ветра и его давление резко упали в тот момент, когда Voyager 1 сближался с ней, а с Voyager 2 произошло нечто обратное. Оказалось, что Солнечная система "дышит", что резко усложнило картину", - сказал Стоун.

NASA запустило зонды Voyager 1 и Voyager 2 в конце 1970 годов для изучения планет-гигантов и окраин Солнечной системы. За последующие несколько десятилетий американские межпланетные станции собрали огромное количество информации о Юпитере, Сатурне, Уране и Нептуне, а также обнаружили несколько новых лун у этих миров.

Пока Voyager 1​ остается самым далеким от Земли космическим аппаратом. Он находится на расстоянии в 22,14 миллиарда километров, или 148 астрономических единиц (средних дистанций между нашей планетой и Солнцем), от Земли. В начале текущего десятилетия специалисты NASA и другие астрономы много раз заявляли, что Voyager 1 уже вышел в межзвездную среду, что затем это опровергали другие группы ученых. Эти ошибки, как сейчас предполагает Стоун, связаны с непостоянным характером границ Солнечной системы.

В конечном итоге первый аппарат миссии официально покинул гелиосферу, "пузырь" из плазмы солнечного ветра, который окружает Солнечную систему, в конце августа 2012 года, когда он находился на расстоянии в 122 астрономические единицы от светила. В то время датчики зонда перестали фиксировать направленный поток частиц, который составляет основу солнечного ветра.

Второй аппарат, Voyager 2, пересек так называемую гелиопаузу и покинул пределы гелиосферы значительно позже, в декабре 2018 года, когда он находился на расстоянии в 119 астрономических единиц от Земли. Как отметил Стоун, его выход в межзвездную среду стал заметно более важным событием для ученых сразу по многим причинам.

С одной стороны, теперь у астрономов появилась возможность сравнить данные, которые собирали инструменты Voyager и раскрыть некоторые детали в устройстве двух разных "половин" гелиосферы. С другой стороны, Voyager 2 оснащен плазменным датчиком, который сломался на борту Voyager 1 еще в конце прошлого века, что позволило ему собрать первые детальные данные по свойствам материи межзвездной среды.

"К счастью, плазменные инструменты Voyager 2 продолжают работать и по сей день, что дало нам возможность впервые измерить температуру, скорость и другие свойства как солнечного, так и межзвездного ветра и сравнить их между собой. Эти замеры, а также данные по свойствам магнитного поля, раскрыли несколько загадочных и просто странных феноменов", - отметил Стоун.

Во-первых, наблюдения ученых показали, что Voyager 2 пересек гелиопаузу в разы быстрее, чем это сделал Voyager 1, а сама структура этого пограничного слоя оказалась совсем другой. Вдобавок, ученые обнаружили, что в той точке, где находился Voyager 2, толщина так называемой гелиомантии, еще одного пограничного слоя гелиосферы, где солнечный ветер сталкивается с межзвездным веществом, была заметно меньше, чем в окрестностях первого зонда.

Эти различия в замерах зондов, как считают Стоун и его коллеги, могут быть частично связаны с тем, что Voyager 1 и Voyager 2 пересекли гелиопаузу в разных регионах гелиосферы, в ее "северном" полушарии для первого зонда и в "южном" - для второго, и при этом оба этих события произошли не одновременно, а с промежутком в шесть лет.

С другой стороны, астрофизики предполагают, что расхождения в толщине гелиопаузы и гелиомантии, которые они зафиксировали, в первую очередь объясняются тем, что границы гелиосферы оказались непостоянными. В частности, замеры инструментов Voyager указали на то, что она расширяется и сокращается вместе с циклами активности Солнца, а после выхода зонда в межзвездную среду ученые нашли в ней своеобразные "отголоски" корональных выбросов, мощных взрывообразных вспышек на Солнце. Эта теория, однако, не полностью соответствует некоторым новым замерам Voyager 2.

"Мы открыли не только различия, но и некоторые удивительные сходства в устройстве этих зон. Самое интересное заключалось в том, что и тот, и другой зонд находились примерно на одном и том же расстоянии от Солнца, когда они пересекли гелиопаузу. Это очень странно в контексте того, что один зонд пересек ее во время максимума солнечной активности, а второй - во время минимума", - сказал ТАСС Стаматиос Кримигис, член научной команды Voyager из Университета Джонса Хопкинса (США).

Еще одна необычная особенность, по его словам, заключалась в том, что граница между южной частью гелиосферы и межзвездной средой была очень "дырявой". Как объясняет ученый, это проявлялось в том, что материя из плазменного пузыря Солнечной системы "сбегала" в открытый космос в достаточно больших количествах по пока непонятным причинам.

Инструменты Voyager 2 фиксировали ее следы даже на расстоянии почти 2 миллиардов километров от гелиопаузы, чего было совсем не характерно для границы Солнечной системы в той точке, где ее пересек Voyager 1. Для того, чтобы понять причины этого, как отметили и Стоун, и Кримигис, нужно будет запустить новые миссии в другие уголки гелиосферы, а также начать "серьезные дискуссии среди теоретиков" о механизмах, которые заставляют частицы "сбегать" из гелиосферы. Как отметил руководитель миссии, вопросов добавляет и то, что Voyager 1 наблюдал нечто обратное - он зафиксировал резкий всплеск в силе космических лучей еще до того, как он покинул гелиосферу.

Кроме того, ученые открыли некоторые странности в том, в какую сторону было направлено магнитное поле, которое доминирует в плазме межзвездной среды. В частности, инструменты Voyager не заметили серьезных сдвигов в его направленности как у границы гелиосферы, так и на достаточно большом расстоянии от него.

Это стало большой неожиданностью для астрофизиков, которые ожидали, что магнитное поле межзвездной среды будет устроено хаотично или будет направлено не в ту же сторону, как внутри солнечного ветра. По их мнению, это открытие, как и в случае с "сбегающими" частицами, говорит о существовании некого неизвестного физического механизма, который управляет поведением магнитных полей в космосе, о существовании которого ученые пока не знают.

Другое важное открытие, как отметил Стоун, касается уровня радиации в межзвездной среде. Как показали замеры Voyager 2, она оказалась необычно сильной - ее уровень примерно в 3-4 раза выше, чем внутри "пузыря" гелиосферы даже в те времена, когда уровень солнечной активности остается на крайне низком уровне. Эта особенность открытого космоса, по его мнению, потребует создания новых средств защиты, если человечество решит стать "межзвездным" видом.