Ошибка: «Вояджеры» еще не покинули Солнечную систему
О знаменитых «Вояджерах» знают сегодня даже люди, далекие от астрономии. Эти космические зонды были запущены в 1977 году: «Вояджер-2» отправился в путь 20 августа, а «Вояджер-1» - 5 сентября. С тех пор два «брата» удаляются от Земли. По пути ими были сделаны снимки планет-гигантов Солнечной системы немыслимого ранее качества. Сейчас же «Вояджеры» готовятся покинуть Солнечную систему. Кстати, масса «братьев» около 720 кг.
«Вояджер-1» уже пролетел мимо Юпитера и Сатурна, а «Вояджер-2» - еще и мимо Урана с Нептуном. Оба аппарата в настоящее время удаляются от Солнца: на 21 марта этого года «Вояджер-1» находился на расстоянии более 123 астрономических единиц от нашей звезды и двигался со скоростью 17 км/c, а «Вояджер-2» - на расстоянии более 101 астрономической единицы и удалялся со скоростью 15 км/c. Оба аппарата двигаются по гиперболической траектории и никогда не вернутся обратно в Солнечную систему.
Почему же космические аппараты имеют разную скорость? Причина состоит в различной траектории «Вояджеров» («Вояджер-1» летел по более короткой траектории, а «Вояджер-2» - по более длинной, включающей подлет к Урану и Нептуну) и в проведении ими разного количества гравитационных маневров, влияющих на скорость. Гравитационные маневры – разгон, замедление или изменение направления полета космического аппарата под действием гравитационных полей небесных тел – могут как помочь разогнать космический аппарат, так и замедлить его. Кстати, за счет гравитационных маневров специалистам NASA удалось увеличить скорость «Вояджера-1» на 2 км/c.
«Вояджеры» сохраняют работоспособность, так как питаются за счет радиоизотопных термоэлектрических генераторов, работающих на оксиде плутония 238. Период полураспада изотопа составляет 87 лет, ученые NASA рассчитывают, что энергии для минимальной жизнедеятельности аппаратам хватит по меньшей мере до 2025 года. Использовать же в «Вояджерах» солнечные батареи невозможно, ибо поток солнечного излучения по мере удаления аппаратов от Солнца становится слишком малым. В частности, вблизи орбиты Нептуна он приблизительно в 900 раз меньше, чем на орбите Земли. Возможной проблемой после 2030 года (если аппаратам хватит энергии) может стать радиосвязь. Радиопередатчик «Вояджеров» ориентирован на Солнце, которое по мере удаления становится все тусклее. В какой-то момент ориентация будет потеряна. В настоящее время сигналы с космического аппарата «Вояджер-1» идут до Земли 17 часов и 7 минут, что составляет примерно 0,002 световых года.
Так как «Вояджер-1» находится впереди «Вояджера-2» приблизительно на 20 астрономических единиц, то на него возлагается важная научная задача – определить границы Солнечной системы. Дело в том, что по разным критериям Солнечная система имеет разные размеры. Любая звезда (в частности, Солнце) излучает из своей короны в космос поток ионизированных частиц. Этот поток называется звездным ветром (в нашей планетной системе – это солнечный ветер). Он состоит из заряженных частиц – в основном электронов, протонов и альфа-частиц. Именно звездный ветер вызывает возмущение магнитного поля Земли и других планет, и полярные сияния.
По мере удаления от Солнца скорость звездного ветра ослабевает. Начиная с некоторого момента, начинается активное столкновение солнечного ветра с межзвездным пространством. Оно тоже не совсем пустое, в нем имеется межзвездный газ, пыль и космические лучи. Солнечный ветер сжимается и тормозится. Эта область носит название гелиопаузы.
Однако само Солнце тоже движется. Так, наша звезда со скоростью 20 км/c вместе со всей Солнечной системой движется в сторону созвездия Геркулес. Кроме этого, вместе с рукавом Ориона Солнце движется со скоростью не менее 200 км/c относительно галактического ядра. Но и это не все. Галактика Млечный путь со скоростью приблизительно 100-150 км/c движется в сторону туманности Андромеды, крупнейшей галактики местной группы. Вся местная группа галактик со скоростью 400 км/c движется в сторону скопления Девы. А скопление Девы и местная группа, кроме взаимного движения, со скоростью 600 км/c движутся в сторону Великого Аттрактора. Великий Аттрактор представляет собой крупную гравитационную аномалию, которая, вероятно, является огромным галактическим сверхскоплением. К сожалению, его невозможно наблюдать визуально, так как оно скрыто межгалактической пылью рукава Млечного пути.
Поэтому при наблюдении извне область, в которой солнечный ветер доминирует над межзвездным, имеет вид не шара, а эллипса, что является следствием движения Солнца относительно других звезд. В направлении движения Солнца толщина гелиосферы минимальна, в противоположном направлении максимальна, как хвост кометы. Однако на фоне высокой скорости звездного ветра, которая намного превосходит движение Солнца, гелиосфера Солнца ненамного отличается от формы шара.
Сама гелиосфера состоит из двух областей: собственно гелиосферы и области, где солнечный ветер уже взаимодействует с межзвездным веществом. В этой, внешней зоне гелиосферы, солнечный ветер тормозится и становится более теплым, плотным и турбулентным. Граница между внешней сферой гелиосферы (ее еще именуют гелиосферной мантией) и внутренней сферой гелиосферы – это граница ударной волны. Ее уже уверенно преодолели оба «Вояджера». Так, «Вояджер-1» это сделал в декабре 2004 года, а «Вояджер-2» - в августе 2007-го. Зона гелиопаузы продолжается еще около 40 астрономических единиц, ни один космический аппарат ее еще не преодолел, хотя «Вояджер-1» в ближайшее время уже должен это сделать. Скорость солнечного ветра после ее окончания становится равной нулю.
После того, как «Вояджер-1» (а вслед за ним и «Вояджер-2») преодолеют зону гелиопаузы, они станут первыми космическими аппаратами, передавшими данные об условиях межзвездной среды. Однако не следует считать это однозначной границей Солнечной системы: в гравитационном плане притяжение Солнца столь велико, что диаметр сферы Хилла Солнца составляет два световых года.
В начале марта журнал Американского геофизического союза выступил с сообщением о том, что космический аппарат «Вояджер-1» покинул Солнечную систему и перешел в межзвездное пространство. По мнению авторов журнала, об этом свидетельствует резкое снижение количества протонов и альфа-частиц Солнца (в 300-500 раз). Одновременно интенсивность галактических лучей увеличилась вдвое. Однако вскоре NASA уточнило критерии, по которым можно судить о выходе аппарата за границу Солнечной системы. Им должна стать смена ориентации магнитного поля, которая пока что еще не произошла.
На переходе «Вояджера-1» в межзвездную среду история аппарата не завершится. После преодоления гелиосферы ученые надеются обнаружить аналогичный слой, где начинает тормозиться межзвездный ветер, приближаясь к внешним границам Солнечной системы. Впрочем, так как такая дуговая ударная волна находится на расстоянии 230 астрономических единиц от Солнца, вероятность ее изучить силами «Вояджеров» близка к нулю – батареи у аппаратов сядут намного раньше.
После того, как аппараты останутся без электроэнергии, они продолжат межзвездное путешествие, которое будет длиться миллионы лет.
Опубликовано 27.03.2013