Наука и технологии России

Вход Регистрация

Солнышко моё, прощай!

«Впервые рукотворный аппарат покинул Солнечную систему!» – такое сообщение недавно всколыхнуло новостное пространство. Волнение угасло буквально через пару часов, когда NASA дало официальное опровержение. STRF.ru решил выяснить, что послужило причиной космической шумихи и где лежит предел владений Солнца.

«Вояджеры» приблизились к границе пространства, продуваемого солнечным ветром. На самом деле в космосе всё не столь красочно, как в фантазиях художника: вакуум – он и есть вакуум, в 10 кубических сантиметрах встречается всего одна заряженная частица. На орбите Земли их концентрация в 50–100 раз больше

В представлении обывателя Солнечная система прекращается где-то в районе Плутона – многие и не подозревают, что ещё лет шесть назад из полноценных планет его разжаловали в карликовые: не вышел весом. На самом деле есть кометы из облака Оорта, чьи орбиты в тысячу раз дальше орбиты Плутона – они такие же полноправные подданные нашего раскалённого шара.

Где же всё-таки край нашей звёздной системы? Мы спросили у Сергея Попова, старшего научного сотрудника отдела релятивистской астрофизики Государственного астрономического института имени П.К. Штернберга МГУ. Нашему читателю он небезызвестен хотя бы по интервью «О Прусте и пульсарах – популярно». Сергей по обыкновению пустился в метафоры:

Сергей_Попов
Сергей Попов напомнил, что Россия не кончается за МКАД, а Солнечная система – за Плутоном

«Тут вполне можно провести аналогию с государственной границей. Грубо говоря, наши граждане делятся на две категории. Одни думают, что Россия заканчивается либо за Садовым кольцом, либо за кольцевой автодорогой. Выехал за МКАД – попал в неизвестность. Другие помнят всё-таки, что граница в районе Калининграда и Владивостока.

Точно так же и в Галактике. Если объект миллиард лет вращается вокруг Солнца, он входит в Солнечную систему. Поэтому наиболее естественные её границы очерчивает гравитационное поле Солнца. Чуть утрируя: Солнечная система заканчивается там, где начинается гравитационное влияние какой-нибудь другой звёздной системы. Точно так же, как за пределами России начинается Украина и её зона государственного влияния.

С другой стороны, в Советском Союзе государственная граница проходила не совсем за железным занавесом. В 1937 году можно было не в душной Москве вариться, а уехать куда-нибудь в поля под Рязанью и глотнуть свежего воздуха. Так и от Солнца дует солнечный ветер – поток заряженных частиц низких энергий. Пространство, “продуваемое” солнечным ветром, называют гелиосферой. Именно к её границе приблизились “Вояджеры” пару лет назад».

«Вояджер-1» удалился от нас уже на 123 астрономические единицы, равные расстоянию от Солнца до Земли – 150 миллионов километров, «Вояджер-2» – на 100 астрономических единиц. С тамошней точки зрения источник нашей жизни и божество древних ничем не отличается от прочих ярких звёзд.

До подлинных пределов Солнечной системы аппаратам ещё лететь и лететь: гравитационное влияние нашего светила простирается на 125 тысяч астрономических единиц – два световых года. Однако путешественники готовы вот-вот вырваться навстречу межзвёздному ветру.

Дальнейшие подробности нам рассказал Владислав Измоденов, заведующий лабораторией теоретического моделирования Института космических исследований РАН и профессор кафедры аэромеханики и газовой динамики мехмата МГУ. Да-да, именно газовой динамики: благодаря расстояниям огромного размера поведение протонов и электронов в математических моделях можно рассматривать как своего рода разреженный газ.

Владислав_Измоденов Владислав Измоденов рассказал, как от смертоносных галактических космических лучей человечество хранят солнечный ветер и магнитное поле Земли

Оказалось, за последние 50–150 тысяч лет «сквозняк» из Вселенной усилился: проплывая вокруг сверхмассивной чёрной дыры в центре Млечного Пути, наше Солнце угодило в холодное межзвёздное облако с температурой ~7 тысяч кельвин, и плотность галактических частиц увеличилась раз в 60. Впрочем, мы бы там всё равно не увидели ничего, кроме вакуума: в 10 кубических сантиметрах встречается всего одна-две частицы. До нашей планеты из межзвёздной среды долетают только межзвёздные атомы (главным образом – водорода и гелия), а также галактические космические лучи – частицы высоких энергий. Их количество может даже влиять на образование облаков в атмосфере Земли. Однако всё-таки они у нас гости редкие. От галактических лучей землян «оберегает» солнечный ветер. Два сверхзвуковых потока частиц, из недр Галактики и от Солнца, схлёстываются, в результате образуются две ударные волны и гелиопауза, отделяющая солнечный ветер от межзвёздной среды.

До гелиосферной ударной волны солнечный ветер летит со сверхзвуковой скоростью, затем становится дозвуковым. Окончательное торможение частиц низких энергий, испускаемых Солнцем, происходит в районе гелиопаузы. Точно так же межзвёздная плазма теряет сверхзвуковую скорость за пределами головной ударной волны и почти не проникает за пределы гелиопаузы

Теоретическое объяснение «противостояния» солнечного ветра с межзвёздной средой ещё 40 лет назад дали учёные с мехмата МГУ – Владимир Баранов, Константин Краснобаев и Андрей Куликовский. Легенда гласит, что первое качественное решение они получили на одном из советских пляжей. Возможно, их вдохновили морские волны с перехлёстом, возможно – отсутствие рутины, гибельной для столь тонких материй. Как бы то ни было, тогда сделали только первый шаг. Уточнение модели продолжается до сих пор: теперь модели стали существенно сложней и расчёты идут уже на суперкомпьютерах.

Прямые данные «Вояджеров» подтвердили предсказания теоретиков, хотя коррективы всё же внести пришлось. Например, гелиосфера оказалась немного «скособоченной»: несколько лет назад «Вояджер-1» пересёк гелиосферную ударную волну на расстоянии 94 астрономических единиц от Солнца, а «Вояджер-2» – 84.

Затем счётчики высокоэнергичных частиц, как и следовало ожидать, фиксировали небольшие колебания потоков галактических космических лучей и аномальных космических лучей – энергичных частиц, рождённых в гелиосфере.

Справка STRF.ru:
– солнечные космические лучи (энергии от нескольких кэВ до ГэВ) – частицы, ускоренные близко к Солнцу (в областях солнечных вспышек, например);
– галактические космические лучи обладают энергиями от 100 МэВ до 1 ГэВ и выше, от них гелиосферу оберегает солнечный ветер;
– аномальная компонента космических лучей (от 1 до 100 МэВ), скорее всего, образуется на границе гелиосферы между внутренней ударной волной и гелиопаузой;
– внегалактические космические лучи со сверхбольшими энергиями проникают на Землю беспрепятственно, но их мало

Ситуация сильно изменилась в конце августа 2012 года: количество энергичных частиц гелиосферного происхождения вблизи «Вояджера-1» упало почти в десять раз, галактических стало больше в полтора раза.

Солнце схлестнулось с Галактикой: его протонов (чёрный цвет) становилось всё меньше, а электронов извне (синий) и протонов извне (красный) – всё больше

Научное сообщество переполошилось. Неужели аппараты миновали гелиопаузу? 87-летнему астрофизику Фрэнку Макдональду радость стоила жизни: сердечный приступ настиг его 31 августа, спустя неделю после перипетий с частицами, прямо во время научного доклада об открытии «Вояджеров». Как сказали бы американцы, he died in his boots, умер на посту, причём в разгар триумфа, даже не подозревая о собственной неправоте. Дело в том, что доподлинно о пересечении гелиопаузы позволяли говорить лишь данные магнитометров. Их обработка завершилась только в декабре и всех обескуражила: магнитное поле увеличилось в несколько раз, однако не поменяло направление. По всей видимости, гелиопауза ещё впереди. Кстати, такой вывод согласуется с расчётами россиян: сейчас аппараты летят сквозь магнитный барьер, или magnetic highway, «магнитное шоссе».

Фрэнк_Макдональд
Фрэнк Макдональд ушёл из жизни прямо во время доклада о «Вояджерах» – так погибают солдаты на передовой

Финальная статья Макдональда вышла в мартовском номере Geophysical Research Letter – до ума текст довёл коллега Билл Уэббер. Она и стала катализатором той самой квазисенсации. Разумеется, речь о прыжке за пределы Солнечной системы в статье не шла. Всё неверно истолковали охочие до сенсаций репортёры. Широкая публика вряд ли даже заметила эту рябь на поверхности информационного потока, гораздо более обеспокоенная тучами над Кипром.

Но вы только вдумайтесь: две собранные на Земле «железяки» летят сквозь пространство уже 36 лет и до сих пор поддерживают с нами связь, хотя сигнал до них и обратно идёт больше суток. «Вояджеры» не столкнулись с астероидами. «Вояджеры» не развалились на куски. Их создатели во главе с экс-директором калифорнийской Лаборатории реактивного движения Эдвардом Стоуном уже разменяли восьмой, а то и девятый десяток, однако тоже ведут себя не по-стариковски: продолжают исследования, колесят с докладами по миру и подзаряжают энергией и энтузиазмом молодёжь. На покой пока рано. Галактический ветер ещё не хлынул в лицо.

Теги

Космос

РЕЙТИНГ

5.00
голосов: 13

Галереи

Специальная астрофизическая обсерватория РАН

Специальная астрофизическая обсерватория РАН расположена в Карачаево-Черкессии – возможно, место не столь удачное для наблюдений за Вселенной, как чилийская пустыня или Канарские острова, однако невероятно живописное. В этой галерее – снимки далёких галактик, мини-академгородок Нижний Архыз и окрестности обсерватории.

20 фото

Обсуждение