Изображение предоставлено NASA
Космический корабль НАСА «Вояджер-1» почти достиг внешних пределов Солнечной системы в область космоса, называемую гелиошатом, где солнечный ветер дует на межзвездный газ. Это первый раз, когда ученые собирают данные об этих отдаленных областях Солнечной системы. Запущенный 5 сентября 1977 года, Voyager 1 находится на расстоянии 13 миллиардов километров от Солнца.
Космический корабль НАСА «Вояджер-1» снова войдет в историю как первый космический корабль, который войдет в последний рубеж солнечной системы, обширное пространство, где ветер от Солнца дует горячим против тонкого газа между звездами: межзвездного пространства. Тем не менее, прежде чем он достигнет этой области, Вояджер 1 должен пройти через ударную нагрузку, зону насилия, которая является источником пучков частиц высокой энергии.
Путешествие Вояджера через эту турбулентную зону даст ученым первые прямые измерения неизученной конечной границы нашей солнечной системы, называемой гелиошадом, и ученые спорят, начался ли уже этот проход. Две статьи об этом исследовании публикуются в журнале Nature 5 ноября 2003 года. Первая статья доктора Стаматиоса М. Кримигиса из Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса, Лорел, штат Мэриленд, и его команды, содержит доказательства, подтверждающие утверждение тот Вояджер 1 прошел после окончания шока. Во втором документе, написанном доктором Фрэнком Б. Макдональдом из Университета Мэриленда, Колледж-Парк, и его командой, приводятся доказательства этого утверждения. Третий документ, опубликованный 30 октября 2003 года в «Письмах о геофизических исследованиях» доктора Леонарда Ф. Бурлага из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА, Гринбелт, штат Мэриленд, и его коллег, свидетельствует о том, что Voyager 1 не прошел дальше, чем удар по окончанию. (Обратитесь к рисунку 2а для иллюстрации ударной нагрузки и гелиошаба).
«Наблюдения Voyager 1 показывают, что мы вступили в новую часть Солнечной системы. Независимо от того, преодолели ли мы ударную нагрузку или нет, команды взволнованы, потому что этого никогда раньше не было - наблюдения здесь иные, чем во внутренней Солнечной системе », - сказал д-р Эрик Кристиан, специалист по дисциплине в исследованиях Солнце-Земля. программа в штаб-квартире НАСА, Вашингтон, округ Колумбия.
«Вояджер-1 видел яркие области в глубине космоса, где гигантская ударная волна формируется, когда ветер от Солнца резко замедляется и давит наружу против межзвездного ветра. Наблюдения удивили и удивили нас, поэтому многое еще предстоит открыть, поскольку Voyager начинает исследовать этот новый регион на внешнем краю солнечной системы », - сказал доктор Эдвард Стоун, ученый проекта Voyager, Калифорнийский технологический институт, Пасадена, Калифорния.
Вояджер-1, находящийся на расстоянии более восьми миллиардов миль (13 миллиардов километров) от Солнца, является самым отдаленным объектом, построенным человечеством. Запущенный 5 сентября 1977 года, он исследовал планеты-гиганты Юпитер и Сатурн, после чего гравитация Сатурна выбросила его в глубокий космос. Теперь он приближается и, возможно, временно вошел в регион, который находится за пределами шокового удара.
Завершающий удар - это когда солнечный ветер, тонкий поток электрически заряженного газа, постоянно выдуваемого из Солнца, замедляется давлением газа между звездами. В конце волны солнечный ветер резко замедляется со средней скоростью 300 - 700 км в секунду (700 000 - 1 500 000 миль в час). (Смотрите фильм 4, чтобы увидеть, как он нагревает солнечный ветер в гелиошабле).
Точное местонахождение терминального шока неизвестно, и первоначально считалось, что он ближе к Солнцу, чем Вояджер 1 в настоящее время. По мере того, как Вояджер-1 летал все дальше от Солнца, он подтвердил, что все планеты находились внутри огромного пузыря, обдуваемого солнечным ветром, и завершающий удар был гораздо более отдаленным (Анимация 1).
Оценить местоположение конечного удара трудно, потому что мы не знаем точных условий в межзвездном пространстве и даже того, что мы знаем, скорости и давления солнечного ветра, изменений, которые вызывают расширение ударного напряжения, сжатие и пульсация. Подобный эффект вы можете видеть каждый раз, когда моете посуду (фильм 3). Если вы поместите тарелку под струей воды, вы заметите, что вода распространяется по тарелке относительно плавным потоком. Поток воды имеет неровный край, где вода резко замедляется и накапливается. Край подобен завершающему шоку, и по мере изменения потока воды изменяется форма и размер неровного края.
Примерно с 1 августа 2002 года по 5 февраля 2003 года ученые заметили необычные показания двух приборов с энергичными частицами на Вояджере-1, свидетельствующие о том, что он вошел в область солнечной системы, в отличие от той, которая встречалась ранее. Это привело некоторых к утверждению, что Voyager, возможно, вступил в преходящую особенность терминационного шока. Подобно тому, как маленькие неровности и «пальцы» появляются и исчезают на неровном краю потока воды над пластиной, Voyager, возможно, ввел временный «палец» в край терминирующего шока.
Противоречие было бы легко разрешено, если бы Вояджер все еще мог измерить скорость солнечного ветра, потому что солнечный ветер резко замедляется при ударе обрыва. Тем не менее, инструмент, который измеряет скорость солнечного ветра, больше не функционирует на почтенном космическом корабле, поэтому ученые должны использовать данные от приборов, которые все еще работают, чтобы определить, прошел ли Вояджер ударную нагрузку.
Доказательства преодоления шока включают в себя наблюдение Вояджера о том, что высокоскоростные электрически заряженные частицы (электроны и ионы) увеличились более чем в 100 раз за период с 1 августа 2002 года по 5 февраля 2003 года. Этого можно было бы ожидать, если бы Voyager прошел терминирующий шок, потому что шок естественным образом ускоряет электрически заряженные частицы, которые подпрыгивают, как шары для пинг-понга, между быстрым и медленным ветрами на противоположных сторонах шока.
Во-вторых, частицы текли наружу, мимо Вояджера и от Солнца. Этого можно было бы ожидать, если Вояджер уже перешагнул через ударную нагрузку, потому что область ускорения в ударной нагрузке теперь будет позади космического корабля. В-третьих, косвенная мера скорости солнечного ветра показала, что солнечный ветер был медленным в течение этого периода, как и следовало ожидать, если Вояджер был вне шока.
«Мы использовали косвенный метод, чтобы показать, что солнечный ветер замедлился с 700 000 миль в час до гораздо менее 100 000 миль в час. Эта та же самая техника использовалась нами ранее, когда прибор, измеряющий скорость солнечного ветра, все еще работал, и согласие между этими двумя измерениями в большинстве случаев было лучше, чем 20% », - сказал Кримигис.
Доказательства против вступления в шок включают в себя наблюдение о том, что, несмотря на резкое увеличение количества низкоскоростных частиц, они не были замечены при несколько более высоких скоростях, которые, как полагают ученые, порождает ударную нагрузку.
Однако самым убедительным доказательством против входа является наблюдение Вояджера, что магнитное поле не увеличивалось в течение этого периода. Согласно теоретическим моделям, это должно происходить всякий раз, когда солнечный ветер замедляется. Представьте себе шоссе с умеренным движением. Если что-то заставляет водителей тормозить, скажем, лужа воды, машины накапливаются - их плотность увеличивается. Таким же образом плотность (напряженность) магнитного поля, переносимого солнечным ветром, увеличится, если солнечный ветер замедлится.
«Анализ наблюдений магнитного поля Voyager 1 в конце 2002 года показывает, что он не вошел в новую область далекой гелиосферы, преодолев терминирующий шок. Скорее, данные магнитного поля имели ожидаемые характеристики, основанные на многолетних предыдущих наблюдениях, хотя интенсивность наблюдаемых энергичных частиц необычайно высока », - сказал Бурлага.
Команды соглашаются, что Voyager 1 видел новое явление: шестимесячный период, когда частицы с низкой энергией были в изобилии и уходили от Солнца. Когда необычный период закончился, оба согласились с тем, что Voyager 1 вернулся на солнечный ветер, поэтому, если это был временный переход после завершающего шока, шок будет виден снова, вероятно, в ближайшие пару лет. Наконец, наблюдения показывают, что завершающий шок намного сложнее, чем кто-либо думал.
Для своих первоначальных полетов на Юпитер и Сатурн Voyager 1 и родственные космические корабли Voyager 2 предназначались для областей космоса, где солнечные панели были бы невозможны, поэтому каждый из них был оснащен тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами для выработки электроэнергии для систем и приборов космического корабля. Все еще работая в отдаленных, холодных и темных условиях 26 лет спустя, Вояджеры обязаны своим долговечностью этим генераторам, предоставленным Министерством энергетики, которые производят электричество из тепла, выделяемого естественным распадом диоксида плутония.
Вояджеры были построены Лабораторией реактивного движения НАСА в Пасадене, штат Калифорния, которая продолжает эксплуатировать оба космических корабля спустя 26 лет после их запуска. Космические аппараты управляются, и их данные возвращаются через Глобальную космическую сеть НАСА (DSN), глобальную систему слежения за космическими аппаратами, также эксплуатируемую JPL. Менеджер проекта Voyager - Эд Мэсси из JPL. Ученый проекта Voyager - доктор Эдвард Стоун из Калифорнийского технологического института.
Первоисточник: пресс-релиз НАСА
