Куда летишь, «Вояджер-1»? Дмитрий Вибе

Куда летишь, «Вояджер-1»?

Дмитрий Вибе

Опубликовано 23 сентября 2013

Девять лет назад мы, будучи в Германии, посетили гору Цугшпитце. По её вершине проходит граница с Австрией, и там до сих пор сохранился ритуальный пограничный пункт, мимо которого мы, как положено туристам, туда-сюда прогулялись. И долго спорили потом, считается это честным посещением Австрии или нет. Я говорил, что считается: если бы мы по ту сторону пограничного пункта начали буянить, нас отвезли бы в австрийский полицейский участок. Жена же утверждала, что не считается, поскольку мы не прошли дальше смотровой площадки и не ступили собственно на австрийскую землю.

Нынешние поиски ответа на вопрос, покинул ли «Вояджер-1» Солнечную систему, опираются на доводы сравнимого уровня. Можно поставить на пути «Вояджеров» сколько угодно воображаемых пограничных пунктов, но всегда найдётся аргумент против того, чтобы считать эти пункты «настоящим» рубежом Солнечной системы. Поэтому не только в СМИ, но и в (около)научных кругах нет консенсуса: если NASA утверждает, что «Вояджер-1» официально вышел в межзвёздное пространство, то журнал «Science» пишет уже, что «Вояджер-1» официально покинул Солнечную систему. И это «Science», а не бульварная пресса!

Само использование слова «официально» кажется неуместным. Официальных шлагбаумов ни на границе Солнечной системы, ни на границе межзвёздной среды нет, соответственно, нет и органа, который мог бы официально объявить о пересечении этих границ. Но плохо и другое: за спорами «Ура, пересёк!» / «NASA опять врёт» теряется смысл происходящего. Поэтому обратимся-ка мы к первоисточнику — к статье Дональда Гарнетта с коллегами из журнала «Science», появление которой 12 сентября и вызвало недавний всплеск обсуждений.

В статье описываются измерения плотности плазмы непосредственно в том месте, где находится сейчас «Вояджер-1», — точнее, там, где он находился весной 2013 года. На обоих «Вояджерах» установлена аппаратура, позволяющая измерять свойства окружающей плазмы (плотность, скорость и пр.) непосредственно, — плазменный спектрометр PLS. К сожалению, на «Вояджере-1» этот детектор вышел из строя, поэтому для определения параметров плазмы приходится полагаться на другую аппаратуру — систему для измерения плазменных волн PWS. Она представляет собой две перпендикулярные 10-метровые антенны, способные одновременно фиксировать внешнее радиоизлучение и местные колебания заряженных частиц — плазменные волны.

По частоте плазменных волн можно определить концентрацию электронов, а через неё оценить и полную плотность вещества. Недостаток этого метода состоит в том, что он работает не всегда, а лишь тогда, когда в плазме есть волны, а волны должны возбуждаться каким-то внешним воздействием. Например, чтобы исполнить завет Козьмы Пруткова и любоваться кругами на воде, нужно сначала бросить в воду камешек. Последний раз колебания электронной плазмы фиксировались «Вояджером-1» девять лет назад, вскоре после пересечения внутренней гелиосферной ударной волны. Напомню, что гелиосферная ударная волна представляет собой рубеж, на котором сверхзвуковое расширение солнечного ветра становится дозвуковым, ибо при приближении к межзвёздной плазме солнечный ветер должен затормозиться. Граница между дозвуковой солнечной и межзвёздной плазмой определяется как гелиопауза, а пространство между гелиосферной ударной волной и гелиопаузой по-английски называется heliosheath, нормального же русского названия для него так, кажется, и не придумали. Я буду называть его переходным слоем.

Так вот, 9 апреля 2013 года аппаратура PWS начала фиксировать колебания плазмы со средней частотой около 2,6 кГц, что соответствует концентрации электронов около 0,08 на кубический сантиметр. Не бог весть что, но это существенно (больше, чем на порядок) выше концентрации солнечного ветра и близко к плотности вещества в околосолнечной межзвёздной среде (около 0,1 частицы в куб. см). Колебания плазмы продолжались до конца мая, и это позволило определить, что их частота (а значит, и плотность вещества) постепенно растёт. Обратившись к данным предшествующих измерений, авторы статьи обнаружили ещё один всплеск плазменных волн, более слабый и потому поначалу незамеченный. Он пришёлся на октябрь–ноябрь 2012 года и наблюдался на частоте, соответствующей концентрации электронов около 0,06 см^-3. Это вполне согласуется с тем ростом плотности по мере удаления «Вояджера-1» от Солнца, что был найден полгода спустя.

Прямых указаний на конкретную причину возбуждения плазменных волн весной 2013 года, конечно, нет, но косвенным свидетельством может служить некоторое возрастание потока протонов, зафиксированное в конце марта 2013 года другим инструментом «Вояджера-1» — детектором заряженных частиц LECP. Гарнетт и соавторы предполагают, что к этому времени до границы гелиосферы добралась ударная волна, порождённая всплеском солнечной активности в марте 2012 года. Она заставила плазму слегка содрогнуться и тем самым выдать своё присутствие.

Итак, «Вояджер-1» находится в области, плотность которой на порядок выше той, что ожидается для промежутка между гелиосферной ударной волной и гелиопаузой. Гарнетт и его коллеги сочли это свидетельством в пользу того, что «Вояджер-1» находится за гелиопаузой, то есть уже не в веществе солнечного ветра, а в межзвёздном веществе — правда, всё ещё не в «оригинальном», а сжатом при столкновении с гелиосферой. Причём если считать плотность достаточным критерием, то он пересёк гелиопаузу уже к октябрю прошлого года. Вполне естественно связать это предполагаемое событие с другим важным изменением, произошедшим примерно в то же самое время, то есть с резким скачком в свойствах космических лучей, зафиксированным в августе–сентябре 2012 года.

Если помните, тогда тоже шли разговоры о выходе из Солнечной системы, но в NASA постарались от них отмежеваться, поскольку перепад в свойствах космических лучей не сопровождался одновременным изменением направления магнитного поля, которое определяется при помощи ещё одного действующего инструмента «Вояджера-1» — магнитометра MAG. Как написали недавно в том же «Science» Л. Ф. загадочное сообщение на сайте JPL NASA: в нём говорится о публикации модели, но ни ссылка на неё не даётся, ни даже авторы не называются. Я подозреваю, что речь идёт об этой работе, но уверенно не скажу. В ней говорится о том, что межзвёздное и межпланетное магнитные поля могут взаимодействовать друг с другом, чем и объясняется отсутствие резких изменений в районе гелиопаузы.

Есть и другая точка зрения, упомянутая в комментарии «Science» к статье Гарнетта с соавторами со ссылкой на Джорджа Глёклера и Леннарда Фиска: по их мнению, повышение плотности отражает лишь особенность распределения вещества внутри переходного слоя, но отнюдь не означает пересечения гелиопаузы. Наконец, не забудем и мнение самих авторов открытия: Гарнетт и коллеги в конце своей статьи пишут о том, что физика пограничной области может оказаться гораздо сложнее, чем мы сейчас предполагаем, и потому само понятие гелиопаузы (а в разговорах о границе Солнечной системы фигурирует именно оно!) может оказаться под вопросом. Пока что нам остаётся только ждать похожих вестей от «Вояджера-2». На нём детектор PLS продолжает работать, а это позволит получать информацию о свойствах плазмы в любой момент, а не только когда Солнце организует на периферии Солнечной системы очередную встряску.

К оглавлению