Не, „Вояджър” не е напуснал Слънчевата система!

Медиите отново се разписаха за „Вояджър”, напуснал пределите на Слънчевата система. Нека си припомним защо сондата все още е във владение на Слънцето, както и предишните прощавания с апарата.

Днес „Вояджър 1” вече е напускал Слънчевата система, преминавайки границата на ударната вълна три пъти, хелиопаузата – два пъти, и по веднъж – хелиощита, хелиосферата, авроралния разрив, слоя на Хевисайд, трансептуновата зона на паника, магнитната празнина, статистическата граница на Слънчевата система, установена от Бюрото по преброяване на САЩ, ръкавицата на Кайпер, празнината на Оорт и кристалната сфера с приковани звезди, пише в саркастичния си блог Рандел Манро (XKCD #1189).

Космическата сонда „Вояджър 1” се намира в междузвездното пространство, съобщи НАСА на 7 юли. За последното десетилетие изпратеният през 1977 година апарат е „напускал Слънчевата система” по няколко пъти на година.

Всъщност „Вояджър” все още е безкрайно далече от границите на нашата система – при сегашната си скорост той ще излезе извън нейните предели след около 30 000 години.

Разминаването възниква по три и половина причини. Първо, в заглавията на новините често се пропуска номерът на космическия апарат: сондите „Вояджър” са две, и двете сравнително изправно функционират до днес, като постоянно преодоляват нови граници.

Второ, учените изпитват значителни трудности с определянето на всевъзможни граници на такова разстояние с наличните инструменти. Трето (и половина), сондите са преследвани от плетеница от терминологии при това, че те постоянно пресичат някакви реални или условни граници.

Отначало да се разберем с това, че „излязъл в междузвездното пространство” и „напуснал Слънчевата система” са напълно различни неща.

За най-далечната и официална граница на нашата система се смята облакът на Оорт – сферична област, изпълнена с ледени фрагменти. Теоретично тя започва на разстояние от две хиляди до пет хиляди астрономически единици (разстоянието от Земята до Слънцето, приблизително равно на 150 млн. км) и завършва в област, отдалечена от центъра на системата на 50 хиляди – 100 хиляди астрономически единици.

© NASA/JPL

Хипотетично „Вояджър 1” би имал нужда от 300 години, за да се добере до вътрешната граница, и десетки хиляди години, за да премине през нея. Но енергията на двете сонди е на изчерпване – към 2025 година те вече няма да могат да ни съобщават нищо за заобикалящата ги среда.

В същото време за три десетилетия работа двата „Вояджър”-а са преодолели повече от достатъчно граници. В най-примитивното разбиране Слънчевата система завършва с орбитата на Нептун (или Плутон – в зависимост от неговия статус, който се промени за времето на мисиите на сондите) – тази граница на отметката около 30 астрономически единици двата апарата са пресекли още през 1989 година, а „Вояджър 2” дори е предал първите в историята цветни снимки на осмата планета.

Следващият важен момент по пътя на космическите апарати са сондите 10 и 11 от серията „Пионер”, изпратени през 1972 и 1973 година. През 1979 г. „Пионер 11” разузнавал пространството около Сатурн за „Вояджър”-ите. През 1998 г. „Вояджър 1” надминал „Пионер 10” на отметката 69 астрономически единици, ставайки най-далечният ръкотвоен обект в света. Това бил последният случай, когато сме могли да бъдем сигурни в това къде се намират сондите.

През 2003 година „Вояджър 1” достигнал кръглата отметка от 90 астрономически единици. В края на същата година започнали първите проблеми с измерванията и фалшивите сензации.

Астероидният пояс, орбитите на планетите и други обекти, разстоянието до които лесно се измерва, са прости и понятни неща, макар и доста условни. Учените повече се интересуват от границите, от двете страни на които в пространството нещо наистина се променя. Такава граница теоретично се явява хелиосферата.

Около Слънцето съществува подобие на мехур – слънчевият вятър (тоест потокът йонизирани частици, разлитащи се във всички посоки от звездата) се сблъскват с „напиращата” насреща междузвездна среда. До откритието, извършено с помощта на „Вояджър”, тази област е била теоретична.

На разстояние 75-90 астрономически единици, според изчисленията на астрономите, трябва да се намира така наречената граница на ударната вълна. Във връзка със съпротивлението на междузвездната среда слънчевият вятър тук трябва рязко да се забавя до скорост, по-ниска от звуковата. През 2003 г. „Вояджър 1” напуснал тези предели и учените, затаили дъх, чакали потвърждение на своите теории.

© NASA

Първите съобщения за преминаването на границата на ударната вълна от сондата се появили през февруари 2003 г. През ноември група учени публикували опровержение. Нова информация за преодоляване на тази граница се появила в началото на 2004 г., но чак през май НАСА пуснала съобщение, в което обявила, че „Вояджър 1” може да се смята за намиращ се в следващата зона на хелиосферата – хелиощита (хелиосферната мантия).

Това е участък, отдалечен на 80–100 астрономически единици с ширина 10–100 астрономически единици. Тук слънчевият вятър още повече се забавя и изпитва подобие на въздушна турбулентност.

Проблемът с определянето на границите на хелиосферата се заключавал в това, че инструментът за измерване на слънчевия вятър на „Вояджър 1” излязъл от строя още през 90-те години. Наложило се учените да правят изводи по косвените данни от другите уреди.

Сега се смята, че границата на ударната вълна е премината от сондата на 15 декември 2004 година, на разстояние 94 а.е. от Слънцето. Още тогава някои издания обявили за излизането на апарата извън границите на Слънчевата система.

„Вояджър 2” се добрал до границата на ударната вълна през август 2007 година, но съдейки по всичко, я пресякъл няколко пъти – поради динамиката на слънчевия вятър тя постоянно се измествала.

За последните 10 години с помощта на двата „Вояджър”-а учените са изследвали хелиощита. Неговата външна граница теоретично трябва да е хелиопаузата – област, където скоростта на слънчевия вятър спада до нула под налягането на междузвездната среда. Смята се, че преходът от хелиопаузата ще се съпровожда от рязко снижаване на температурите на заредените частици, изменение на магнитното поле и нарастване на количеството космически лъчи.

© NASA

През 2010 г. „Вояджър 1” внезапно се озовал в област, където скоростта на слънчевия вятър спаднала до нула. Още тогава медиите побързали да обявят, че сондата се намира на границата на Слънчевата система. В същото време от облака на Оорт все още го отделяли векове.

Но не ставало дума дори за хелиопаузата – смята се, че космическият апарат тогава е попаднал в гигантски мехур, възникнал поради ефекта на магнитното присъединяване при сблъсъка на слънчевия вятър и междузвездната среда.

Когато „Вояджър 1” наистина пресякъл хелиопаузата, никой не разбрал веднага. Това се случило на 25 август 2012 г. на разстояние 121 а.е. от Слънцето. Както и в случая с границите на ударната вълна, отначало (през март 2013 г.) се появила сочеща за това научна работа от странични автори, а след това – опровержение, и накрая, през септември 2013 г. – потвърждение от НАСА.

За година наблюдения учените се убедили, че плътността на плазмата около сондата е нараснала значително, нараснало е и количеството космически лъчи. Не достигали само обещаните от теоретиците изменения в магнитното поле.

В резултат от НАСА решили да не чакат този признак – възможно е, разсъдили астрономите, ние просто да не разбираме как работят магнитните полета в такива проблемни области.

© NASA

Сегашната суматоха около „Вояджър 1” е предизвикана от това, че учените са представили ново доказателство за излизането му от хелиопаузата на 25 август 2012 година.

През 2013-а успели да измерят плътността на плазмата благодарение на нейните колебания, предизвикани от това, че до сондата се е добрало коронално изхвърляне на маса – вещество от слънчевата корона, – случило се през март 2012 година. Сега космическият апарат е попаднал в зоната на действието на още по-мощно изхвърляне и предишните наблюдения се потвърдили.

С това историята за сондата, „напуснала Слънчевата система”, можеше да се смята за приключена, но за съжаление в близките години ни очакват още множество подобни заглавия: през 2016 година хелиопаузата трябва да преодолее и „Вояджър 2”.