«Мы были осторожны, потому что мы имеем дело с одной из самых важных вех в истории разведки», — сказал ученый проекта «Вояджер» Эд Стоун из Калифорнийского технологического института в Пасадене. «Только теперь у нас есть необходимые данные и анализ».По сути, команде нужно было больше данных о плазме, которая представляет собой ионизированный газ, самую плотную и самую медленную из заряженных частиц, движущихся в космосе. (Свечение неона на вывеске магазина является примером плазмы.) Плазма — самый важный маркер, который определяет, находится ли «Вояджер-1» внутри солнечного пузыря, известного как гелиосфера, который раздувается плазмой, которая течет наружу от нашего Солнца. или в межзвездном пространстве и в окружении материала, выброшенного взрывом соседних гигантских звезд миллионы лет назад. Проблема усугублялась тем, что они не знали, как их обнаружить.
«Мы искали признаки, предсказанные моделями, использующими наилучшие доступные данные, но до сих пор у нас не было измерений плазмы с« Вояджера-1 », — сказал Стоун.На урегулирование научных дебатов могут уйти годы и даже десятилетия, особенно когда требуется больше данных.
Например, ученым потребовались десятилетия, чтобы понять идею тектоники плит, теорию, объясняющую форму континентов Земли и структуру ее морского дна. Впервые представленный в 1910-х годах, континентальный дрейф и связанные с ним идеи вызывали споры в течение многих лет. Зрелая теория тектоники плит появилась только в 1950-х и 1960-х годах. Только после того, как ученые собрали данные, показывающие, что морское дно медленно расширяется от срединно-океанических хребтов, они наконец начали принимать эту теорию.
Большинство активных геофизиков приняли тектонику плит к концу 1960-х годов, хотя некоторые так и не сделали.«Вояджер-1» исследует еще более незнакомое место, чем морское дно нашей Земли — место, удаленное от Солнца более чем на 11 миллиардов миль (17 миллиардов километров).
Он отправил столько неожиданных данных, что научная группа пыталась решить вопрос, как объяснить всю информацию. Ни одна из немногих моделей, которые команда «Вояджера» использует в качестве чертежей, не учитывает детально наблюдения перехода между нашей гелиосферой и межзвездной средой. Команда знала, что могут потребоваться месяцы или больше, чтобы полностью понять данные и сделать свои выводы.
«Никто раньше не бывал в межзвездном пространстве, и это похоже на путешествие с неполными путеводителями», — сказал Стоун. «Тем не менее, неопределенность — это часть исследования. Мы бы не стали исследовать, если бы точно знали, что найдем».
Два космических корабля «Вояджер» были запущены в 1977 году и вместе с ними посетили Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун к 1989 году. Плазменный прибор «Вояджер-1», который измеряет плотность, температуру и скорость плазмы, прекратил работу в 1980 году, сразу после его последнего запуска. планетарный облет. Когда «Вояджер-1» в 2004 году обнаружил давление межзвездного пространства на нашу гелиосферу, у научной группы не было инструмента, который обеспечил бы самые прямые измерения плазмы. Вместо этого они сфокусировались на направлении магнитного поля как на индикаторе источника плазмы.
Поскольку солнечная плазма несет линии магнитного поля, исходящие от Солнца, а межзвездная плазма несет линии межзвездного магнитного поля, ожидалось, что направления солнечного и межзвездного магнитных полей будут различаться.Большинство моделей подсказывали научной группе "Вояджера" ожидать резкого изменения направления магнитного поля, когда "Вояджер" переключился с силовых линий солнечного магнитного поля внутри нашего солнечного пузыря на силовые линии в межзвездном пространстве. В моделях также говорится, что уровни заряженных частиц, происходящих изнутри гелиосферы, упадут, а уровни галактических космических лучей, которые возникают вне гелиосферы, будут скачкообразно.
В мае 2012 года количество галактических космических лучей сделало свой первый значительный скачок, в то время как некоторые из внутренних частиц совершили первое значительное падение. Темпы изменений резко ускорились 28 июля 2012 года.
Через пять дней интенсивность вернулась к прежней. Это было первое знакомство с новым регионом, и в то время ученые «Вояджера» думали, что космический корабль мог ненадолго коснуться края межзвездного пространства.
К 25 августа, когда, как мы теперь знаем, «Вояджер-1» навсегда вошел в эту новую область, все частицы с более низкой энергией изнутри улетели прочь. Некоторые внутренние частицы упали более чем в 1000 раз по сравнению с 2004 годом. Уровни галактических космических лучей подскочили до самого высокого уровня за всю миссию. Это были бы ожидаемые изменения, если бы "Вояджер-1" пересек гелиопаузу, которая является границей между гелиосферой и межзвездным пространством.
Однако последующий анализ данных магнитного поля показал, что, хотя напряженность магнитного поля на границе подскочила на 60 процентов, направление изменилось менее чем на 2 градуса. Это предполагало, что «Вояджер-1» не покинул солнечное магнитное поле, а только вошел в новую область, все еще находящуюся внутри нашего солнечного пузыря, которая была истощена внутренними частицами.
Затем, в апреле 2013 года, ученые случайно получили еще один кусок головоломки. За первые восемь лет исследования гелиослоя, внешнего слоя гелиосферы, прибор плазменных волн «Вояджера» ничего не слышал. Но исследовательская группа по плазменным волнам, возглавляемая Доном Гурнеттом и Биллом Куртом из Университета Айовы, Айова-Сити, наблюдала всплески радиоволн в 1983-1984 годах и снова в 1992-1993 годах. Они пришли к выводу, что эти всплески были вызваны межзвездной плазмой. когда мощный выброс солнечного материала врезался бы в него и заставил бы его колебаться.
Таким солнечным вспышкам потребовалось около 400 дней, чтобы достичь межзвездного пространства, что привело к предполагаемому расстоянию от 117 до 177 а.е. (от 117 до 177 раз больше расстояния от Солнца до Земли) до гелиопаузы. Однако они знали, что смогут непосредственно наблюдать плазменные колебания, как только "Вояджер-1" будет окружен межзвездной плазмой.
Затем, 9 апреля 2013 года, это произошло: плазменный волновой прибор «Вояджер-1» уловил локальные плазменные колебания. Ученые считают, что они, вероятно, возникли в результате всплеска солнечной активности, произошедшего годом ранее, всплеска, который стал известен как солнечные бури в день Святого Патрика.
Колебания увеличились по высоте до 22 мая и указали, что "Вояджер" перемещается во все более плотную область плазмы. Эта плазма имела характерные черты межзвездной плазмы, с плотностью более чем в 40 раз превышающей плотность, наблюдаемую космическим аппаратом "Вояджер-2" в гелиослое.Гурнетт и Курт начали просматривать последние данные и обнаружили набор более слабых и низкочастотных колебаний с 23 октября по 27 ноября 2012 г. Когда они экстраполировали назад, они пришли к выводу, что «Вояджер» впервые столкнулся с этой плотной межзвездной плазмой в августе 2012 г. , что согласуется с резкими границами в данных о заряженных частицах и магнитном поле 25 августа.
Стоун созвал три собрания команды «Вояджера». Им нужно было решить, как определить границу между нашим солнечным пузырем и межзвездным пространством и как интерпретировать все данные, которые «Вояджер-1» отправлял обратно. Согласно результатам, полученным Гарнеттом и Куртом, «Вояджер-1» видел межзвездную плазму, но Солнце все еще имело влияние.
Например, одним из устойчивых признаков солнечного влияния было обнаружение внешних частиц, поражающих «Вояджер» с одних направлений чаще, чем с других. Ожидается, что в межзвездном пространстве эти частицы будут падать на "Вояджер" равномерно со всех сторон.«Теперь, когда у нас были фактические измерения плазменной среды — в результате неожиданной вспышки солнечного излучения — мы должны были пересмотреть, почему все еще существует влияние Солнца на магнитное поле и плазму в межзвездном пространстве», — сказал Стоун. «Путь в межзвездное пространство оказался намного сложнее, чем мы предполагали».Стоун обсудил с научной группой "Вояджер", считают ли они, что "Вояджер-1" пересек гелиопаузу.
Как они должны называть регион, где находится «Вояджер-1»?«В конце концов, все согласились, что« Вояджер-1 »действительно находился в межзвездном пространстве», — сказал Стоун. «Но это место сопровождается некоторыми оговорками — мы находимся в смешанной, переходной области межзвездного пространства. Мы не знаем, когда мы достигнем межзвездного пространства, свободного от влияния нашего солнечного пузыря».Итак, может ли команда сказать, что "Вояджер-1" покинул солнечную систему?
Не совсем — и это часть путаницы. С 1960-х годов большинство ученых определяли нашу Солнечную систему как выходящую к Облаку Оорта, откуда берутся кометы, которые колеблются под нашим Солнцем в долгих временных масштабах. В этой области сила тяжести других звезд начинает преобладать над силой тяжести Солнца. "Вояджеру-1" потребуется около 300 лет, чтобы достичь внутренней границы Облака Оорта, и, возможно, около 30 000 лет, чтобы пролететь за его пределы. Неформально, конечно, «солнечная система» обычно означает планетное соседство вокруг нашего Солнца.
Из-за этой двусмысленности команда "Вояджера" в последнее время предпочитает говорить о межзвездном пространстве, а именно о пространстве между областями плазменного влияния каждой звезды.«Мы можем сказать, что« Вояджер-1 »залит материей других звезд», — сказал Стоун. «Мы не можем сказать, какие именно открытия ждут продолжения путешествия« Вояджера ». Никто не смог предсказать все детали, которые видел« Вояджер-1 ». Так что мы ожидаем новых сюрпризов».
«Вояджер-1», который работает с ограниченным источником питания, имеет достаточно электроэнергии, чтобы продолжать работать с приборами для исследования полей и частиц, по крайней мере, до 2020 года, что ознаменует собой 43 года непрерывной работы. В этот момент менеджеры миссий должны будут начать отключать эти инструменты один за другим для экономии энергии, причем последний из них отключится примерно в 2025 году.
«Вояджер-1» будет продолжать посылать инженерные данные еще несколько лет после выключения последнего научного прибора, но после этого он продолжит свой путь в качестве молчаливого посла. Примерно через 40 000 лет она будет ближе к звезде AC +79 3888, чем к нашему Солнцу. (AC +79 3888 движется к нам быстрее, чем мы движемся к нему, поэтому, хотя Альфа Центавра является следующей ближайшей звездой сейчас, ее не будет через 40000 лет.) И в остальное время «Вояджер-1» будет продолжать вращаться по орбите. вокруг сердца галактики Млечный Путь, а наше Солнце — лишь крошечная светящаяся точка среди многих.
Космический корабль "Вояджер" был построен и продолжает эксплуатироваться Лабораторией реактивного движения НАСА в Пасадене, Калифорния. Калифорнийский технологический институт управляет реактивной реакцией реактивного движения для НАСА. Миссии "Вояджер" являются частью обсерватории гелиофизической системы НАСА, спонсируемой отделом гелиофизики Управления научных миссий в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне.
Для получения дополнительной информации о Voyager посетите: http://www.nasa.gov/voyager и http://voyager.jpl.nasa.gov.