Ученые делают лучшее

May 02, 2023

Исследователи получили новый взгляд на предстоящее путешествие космического корабля-близнеца «Вояджер» и других зондов, отправляющихся в одностороннее путешествие в межзвездное пространство.

Мы живем в пузыре — в буквальном смысле.

Она называется гелиосферой и состоит из разреженной плазмы, исходящей от Солнца. Этот ионизированный газ течет наружу вдоль силовых линий магнитного поля, исходящих от нашей звезды, образуя радиальные спирали, связанные с вращением Солнца. Отправляться за пределы того места, где этот ветер ослабевает против более крупных потоков плазмы, протекающей через нашу галактику, — это в прямом смысле слова оставить нашу Солнечную систему позади.

Тем не менее, несмотря на то, что гелиосфера известна и изучается с конца 1950-х годов, ее туманные границы стали известны лишь относительно недавно — благодаря удивительному открытию. Чуть более десяти лет назад «Вояджер-1» НАСА передал данные, свидетельствующие о том, что он наконец покинул гелиосферу и вышел в межзвездное пространство. Но одно измерение не оправдало ожиданий: спиральное магнитное поле не выпрямилось, как предполагалось, если бы космический корабль действительно пересекся.

«Ретроспективно было понятно, что должна существовать переходная область, где межзвездное магнитное поле скапливается и драпируется вокруг гелиосферы», — говорит Джейми Рэнкин, заместитель научного сотрудника миссии «Вояджер» и космический физик из Принстонского университета.

Этот эффект «драпировки» подобен тому, как текущая вода скапливается вокруг носа корабля и вдоль его бортов, по направлению к хвосту. И точно так же, как этот пульсирующий след может выявить очертания корабля, изгиб межзвездных магнитных полей вокруг гелиосферы, когда наша звезда движется через Млечный Путь, может дать важные подсказки о размере и форме похожей на пузырь границы между нашей Солнечной системой и остальной частью Земли. галактика. Но как именно выглядит эта драпировка и как она уступает место первозданной межзвездной среде, остается открытым вопросом — то есть до сих пор.

В исследовании, недавно опубликованном в Astrophysical Journal Letters, Рэнкин и ее команда исследователей рисуют первую четкую картину драпированной области, объединив независимые измерения, полученные с помощью двойных зондов «Вояджер», и модель границы гелиосферы и межзвездного пространства, полученную из межзвездной границы НАСА. Explorer (IBEX), спутник на околоземной орбите, запущенный в 2008 году.

Сила «Вояджеров» в том, что они напрямую измеряют магнитные поля и то, как поля меняются с расстоянием по мере удаления космического корабля от Солнца. Но «Вояджеры» лишь исследуют поле по своим траекториям, предлагая зашоренное представление о развивающихся границах пузыря. IBEX, с другой стороны, обеспечивает перспективу «общей картины», обнаруживая энергетические потоки атомов, образующиеся в результате столкновений между частицами солнечного ветра и частицами межзвездной среды на границе гелиосферы. Эти данные позволяют получить удаленное изображение поверхности пузыря по всему небу, но без важных измерений относительного расстояния.

Проблема в том, что эти два набора данных не согласуются. На своих исходящих траекториях оба «Вояджера» теперь локально измеряют магнитные поля, которые сильнее — и отклоняются от — значений, экстраполированных из удаленных наблюдений всего неба IBEX за ненакрытым магнитным полем дальше. Согласование этих результатов таких очень разных миссий немного похоже на попытку собрать воедино два набора кусочков головоломки. «Было много дискуссий о том, почему данные «Вояджера» не соответствуют IBEX», — говорит Катя Ферьер, астрофизик из Университета Тулузы во Франции, которая не участвовала в исследовании.

В статье исследователи показывают, как модель IBEX и измерения «Вояджеров» на самом деле рассказывают последовательную историю. Результаты показывают, что на траектории «Вояджера-1» напряженность и направление поля — то есть «драпировка» вокруг краев гелиосферы — будут сохраняться в течение следующих 60 лет, что соответствует еще 20 миллиардам миль пути космического корабля, прежде чем он наконец достигнет «незадрапированное» межзвездное магнитное поле, предсказанное IBEX. Применительно к данным «Вояджера-2» анализ показывает, что этому космическому кораблю придется пролететь вдвое дальше, чем его близнецу, чтобы избежать накопления магнитных полей гелиосферного перехода — путешествие продолжительностью около 120 лет.