Миссия, некогда отправленная к Плутону, стала незаменимой для изучения солнечного ветра на окраинах Солнечной системы.
Иллюстрация NASA.
Схематическое изображение строения гелиосферы и график изменения скорости солнечного ветра. Перевод Вести.Наука.
Иллюстрация NASA/Adler Planetarium/Southwest Research Institute.
Зонд New Horizons ("Новые горизонты") прислал уникальную информацию о далёких окраинах Солнечной системы. Он измерил скорость, плотность и температуру солнечного ветра за орбитой Плутона, а также зарегистрировал там ионы межзвёздной среды.
Достижение описано в научной статье, опубликованной в издании Astrophysical Journal.
Напомним, что солнечный ветер – это поток плазмы, непрерывно истекающий из Солнца. Область пространства, из которой он вытесняет межзвёздное вещество, называется гелиосферой. Она имеет размеры порядка ста астрономических единиц (а.е.). Одна а.е. равна расстоянию от Земли до Солнца.
Солнечный ветер довольно подробно изучен в окрестностях нашей планеты, но о том, как он ведёт себя на окраинах владений Солнца, очень мало данных.
"Ранее только миссии "Пионер-10" и -11 и "Вояджер-1" и -2 исследовали внешнюю Солнечную систему и внешнюю гелиосферу, но теперь "Новые горизонты" делает это с помощью более современных научных инструментов", – поясняет первый автор статьи Хизер Эллиотт (Heather Elliott) из Юго-Западного исследовательского института в США.
"Пионеры" были запущены в 1972–1973 годах, "Вояджеры" – в 1977 году. Понятно, что сегодня их приборы трудно назвать последним словом техники. Между тем зонд "Новые горизонты" стартовал в 2006 году, поэтому он оснащён куда более продвинутой аппаратурой. К тому же в настоящее время только он и изучает солнечный ветер за орбитой Марса (а это всего 1,5 а.е. от Солнца), но в пределах гелиосферы. "Вояджеры" уже её покинули, первый в 2012, а второй в 2018 году. "Пионеры" тоже улетели в межзвёздные дали, но ещё до этого потеряли связь с Землёй.
Для измерения параметров солнечного ветра на борту миссии имеется инструмент SWAP. Он гораздо более чувствителен, чем приборы "Пионеров" и "Вояджеров", охватывает больше направлений в пространстве и производит измерения чаще.
"Влияние нашего Солнца на космическую среду выходит далеко за пределы внешних планет, и SWAP демонстрирует нам новые аспекты того, как эта среда меняется с расстоянием", – отмечает Эллиотт.
Схематическое изображение строения гелиосферы и график изменения скорости солнечного ветра. Перевод "Вести.Наука".
Иллюстрация NASA/Adler Planetarium/Southwest Research Institute.
Солнце испускает солнечный ветер, летящий со сверхзвуковой скоростью. Гелиосферная ударная волна – поверхность, где скорость солнечного ветра меняется со сверхзвуковой на дозвуковую. Внутренний гелиошис – область, заполненная дозвуковым солнечным ветром. Межзвёздный ветер – поток набегающего на гелиосферу межзвёздного газа. Головная ударная волна – поверхность столкновения солнечного ветра с межзвёздным, граница гелиосферы. Гелиопауза – область межзвёздной среды сразу за головной ударной волной. На схеме не показан внешний гелиошис – ещё одна область межзвёздного вещества снаружи от гелиосферы.
По мере удаления от светила растёт число атомов межзвёздного газа, проникших в гелиосферу. Излучение нашей звезды и столкновения с частицами солнечного ветра превращают эти изначально нейтральные атомы в ионы. SWAP, в отличие от своих предшественников, различает эти ионы.
Теоретики прогнозировали, что солнечный ветер, вобрав в себя это дополнительное вещество, замедляется и нагревается. Теперь измерения подтвердили этот эффект.
Учёные сравнили показания SWAP с данными миссий ACE и STEREO, фиксировавших скорость солнечного ветра вблизи светила. Оказалось, что уже на расстоянии 21 а.е. (за орбитой Урана) разница становится заметной для приборов. На дистанции же 33–42 а.е. солнечный ветер на 6–7% медленнее, чем в районе Земли.
Данные о температуре и плотности плазмы позволили экспертам спрогнозировать, когда New Horizons достигнет внутреннего гелиошиса – области, где солнечный ветер замедлен до дозвуковых скоростей. Это последний слой гелиосферы, за которым начинается уже межзвёздная среда (гелиопауза и внешний гелиошис). Впрочем, он довольно протяжённый: "Вояджеру-2" понадобилось более десяти лет, чтобы пройти внутренний гелиошис насквозь и выйти в межзвёздное пространство. Отметим, что его границы не остаются постоянными, а зависят от текущей солнечной активности.
Известно, что "Вояджер-1" вошёл в эту область в 2004 году на расстоянии 94 а.е. от Солнца, а "Вояджер-2" – в 2007 году на 84 а.е. "Новые горизонты", если сохранится текущая тенденция, достигнут этого слоя к середине 2020 годов. Однако за это время солнечная активность может возрасти и отодвинуть границу внутреннего гелиошиса, так что это в некотором роде игра в догонялки.
""Новые горизонты" значительно расширили наши знания о далёких планетоподобных объектах, и вполне естественно, что теперь они также добывают новые знания о нашем Солнце и его гелиосфере", – резюмирует главный исследователь проекта Алан Штерн (Alan Stern).
К слову, ранее "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) писали о том, что давление на границах Солнечной системы превысило все прогнозы, и о первых данных, присланных "Вояджером-2" из межзвёздного пространства.
