Що там у геліосфері: Вояджер-2 і Сонячна система
Цього місяця авангард популярної науки Nature випустив серію матеріалів, присвячених властивостям міжзоряного простору. Матеріали ці зібрав зонд «Вояджер-2», який роком раніше вийшов за межі геліосфери. На основі цих фактів ми вирішили розібратися, що ж відбувається на межі «бульбашки» біля Сонця та за межами геліосфери, пише Токар.
Що таке сонячний вітер?
Почнімо з того, що, як і наші компуктери, окрім електромагнітного випромінювання Сонце також є джерелом т.зв. сонячного вітру — потоків іонізованих частинок — насамперед, протонів й електронів. Воно постійно «випромінює» сонячний вітер, при цьому утворюючи надзвуковий потік.
Навіть якщо ми відлетимо далеко від Сонця, там не буде вакууму. Так чи інакше ми будемо перебувати у середовищі, заповненому якимись частинками. А отже, в цьому середовищі можна визначити швидкість звуку і сонячного вітру. Швидкість сонячного вітру на орбіті Землі лежить в діапазоні від 400 до 700 кілометрів за секунду.
Наша сонячна система перебуває у міжзоряному просторі, також заповненому протонами й електронами — міжзоряною плазмою. Крізь цю плазму рухається Сонце, наче літак у повітрі. Через це виникає взаємодія двох потоків: симетричного сонячного вітру, який від зірки поширюється навсібіч, та потоку міжзоряної плазми, що набігає на нього.
Модель симетричної геліосфери.
Геліосфера заповнена плазмою сонячного вітру і власним магнітним полем, а її зовнішньою межею є геліопауза — міжзоряна плазма, міжзоряні протони з електронами й міжзоряне магнітне поле.
А що побачив «Вояджер-2»?
«Вояджер-2» вимірює параметри плазми: її щільність та швидкість, за якими можна визначити й температуру. «Вояджер-1» не міг цього робити, адже він не працює із 1980-ї рр. Тому «Вояджер-1» надавав непрямі виміри, адже його апарат вимірював лише магнітне поле і потоки частинок. Завдяки «Вояджеру-2» ми знаємо точно, як поводиться сонячний вітер при наближенні до меж геліосфери.
«Вояджер-2» допоміг нам оцінити температуру плазми за межами геліосфери — вона виявилася приблизно 30 000 – 50 000 кельвінів. Це цікаво ще й тому, що наявні чисельні моделі дають різні значення температури, і тепер можна використовувати дані вимірювань для перевірки власних моделей.
Модель симетричної геліосфери.
Ми також знаємо відстань до меж геліосфери: 121,6 астрономічних одиниць для «Вояджера-1» і 119,7 для «Вояджера-2». Такий діапазон пов’язаний із різницею в напрямках руху зондів. Його можна використати для оцінки асиметрії форми геліосфери.
Графіки концентрацій частинок галактичних космічних променів (вгорі) і сонячного вітру (внизу) за даними «Вояджера-2». Зверніть увагу на зміну в листопаді 2018 року.
Краса цієї мандрівки полягає у тому, що «Вояджер-2» перетнув межі геліосфери та підтвердив: вона існує, приблизно на тій самій відстані, яку визначив «Вояджер-1» раніше. Щодо «Вояджера-1» були сумніви в можливості подолання цієї відстані. Утім, тепер таких побоювань немає, адже «Вояджер-2» має прилад, який безпосередньо вимірює параметри довкілля.
Ми дізналися про властивості плазми одразу за межею геліосфери — магнітне поле, концентрацію речовин та температуру. Також ми отримали точні дані про параметри плазми перед межею геліосфери, які «Вояджер-1» не міг зібрати через кепське обладнання.