Разведчики внешних планет. Путешествие «Пионеров» и «Вояджеров» от Земли до Нептуна и далее - Игорь Лисов

Празднование 35-летия запуска «Вояджера-1» в JPL, состоявшееся 5 сентября, было великолепным поводом объявить о достижении гелиопаузы, но ученые в это время ожесточенно спорили, и научная добросовестность не позволила огласить сенсационный результат. Научный и околонаучный мир уже вовсю строил и обсуждал графики CRS, поскольку данные этого прибора с минимальной задержкой выкладывались на официальном сайте проекта, но заинтересованные лица хранили молчание вплоть до 3 декабря 2012 г.

В этот день на очередной конференции Американского геофизического союза представители ключевых научных групп выдали «консолидированное» мнение о местонахождении «Вояджера-1». Оно сводилось к тому, что аппарат не пересек гелиопаузы и находится в еще одной новой области, изысканно названной «магнитным хайвеем для заряженных частиц». Использовалось и второе название – «область истощения» (depletion region), весьма уместное, если учесть, что в некоторых диапазонах энергий число солнечных частиц снизилось в 1000 раз и более.

«Мы полагаем, что это последний участок нашего пути в межзвездное пространство, – сказал Эдвард Стоун. – Насколько мы можем судить, остается от нескольких месяцев до пары лет. Мы не ожидали такой области, но мы привыкли получать неожиданное от „Вояджера“»[109].

Заключение о том, что аппарат все еще летит в пределах гелиосферы, основывалось на магнитных измерениях. С переходом границы магнитное поле должно было резко поменять направление: силовые линии, ориентированные внутри магнитосферы вдоль направления восток – запад, должны были оказаться ближе к направлению север – юг. Индукция магнитного поля выросла в августе 2012 г. вдвое, с 0,2 до 0,4 нТ, до уровня, предсказанного Мерав Офер, но направление изменилось менее чем на 2°, и уже известный нам скептик Леонард Бурлага убедил коллег, что резкие скачки уровней космических лучей также «не в счет».

Новую область назвали магнитным хайвеем, так как в ней, как представлялось, линии солнечного магнитного поля соединяются с линиями межзвездного, создавая удобный маршрут для миграции заряженных частиц низких энергий наружу, а высоких энергий – внутрь гелиосферы. Было объявлено, что «Вояджер-1» пересек колеблющуюся границу с «хайвеем» в общей сложности пять раз: первый – 28 июля, последний – 25 августа.

Стаматиос Кримигис согласился с коллегами скрепя сердце. Он отметил, что если бы мы судили только по данным о заряженных частицах, то кажется, что мы вне гелиосферы. Но мы должны посмотреть, что говорят нам все инструменты, и только время покажет, верна ли наша интерпретация относительно этой границы.

Кримигис был прав, а Бурлага ошибался, но, чтобы доказать это, потребовалось еще девять месяцев. «Третейским судьей» выступила команда приемника плазменных волн PWS – Дональд Гарнетт и Уильям Курт из Университета Айовы.

В марте 2013 г. до «Вояджера-1» дошло возмущение от солнечной вспышки класса X5, произошедшей еще 7 марта 2012 г. Первым его заметил датчик космических лучей CRS, а 9 апреля в данных PWS проявились осцилляции в плазме, подобные наблюдавшимся в 1983–1984 и 1992–1993 гг., но на несколько иных длинах волн. Частота осцилляций росла вплоть до 22 мая 2013 г., свидетельствуя об увеличении плотности среды, и в максимуме достигла 2,6 кГц. По известной и довольно простой формуле она была пересчитана в плотность электронной плазмы – 0,08 частиц на 1 см3, что вполне соответствовало теоретическим моделям для межзвездной среды (от 0,05 до 0,22 на 1 см3). Контрольную же точку дал «Вояджер-2», который заведомо находился внутри гелиослоя и имел рабочий плазменный прибор PLS. В его окрестности концентрация частиц составляла 0,002 – в 40 раз ниже!

Затем группа Гарнетта – Курта рассмотрела повторно архивные данные PWS и обнаружила осцилляции в предшествующий период с 23 октября по 27 ноября 2012 г. – они дали значение 0,055 на 1 см3. После экстраполяции стало ясно, что плотность плазмы увеличилась до ожидаемых характеристик межзвездной среды в августе, практически одновременно с резким изменением концентраций заряженных частиц и индукции магнитного поля, зарегистрированным 25 августа 2012 г.

Неожиданная поддержка командам Кримигиса и Гарнетта пришла из лагеря «магнитных» физиков. 15 августа 2013 г. Марк Свисдак и Джеймс Дрейк из Мэрилендского университета и уже знакомая нам Мерав Офер опубликовали новую модель «хайвея». Разобрав тонкие детали механизма соединения линий солнечного и межзвездного магнитного поля, они сделали вывод: сразу за гелиопаузой, где влияние солнечного вещества еще велико, направление линий меняться не должно, а значит, доводы Леонарда Бурлаги не имеют силы.

12 сентября 2013 г., в день публикации статьи Гарнетта в Science, NASA официально отказалось от прежней интерпретации и объявило, что на самом деле 25 августа 2012 г. на расстоянии 121,6 а.е. от Солнца «Вояджер-1» пересек гелиопаузу и вышел в межзвездную среду.

Научное сообщество предложило затем более детальное описание событий: в самом начале мая на отметке 120,4 а.е. аппарат оказался в узкой пограничной зоне при гелиопаузе, где начался быстрый рост галактических лучей, и закончил ее пересечение в конце августа на 121,6 а.е., когда число галактических лучей подскочило еще раз, снизилось количество ионов низких энергий и усилилось до 0,38 нТ магнитное поле.

Сделанные выводы подтвердили события 2014 г.: в феврале аппарат догнало очередное «солнечное цунами». Аппаратура Гарнетта заметила вызванные ею осцилляции в марте, и они все еще продолжались в ноябре 2014 г. Плотность плазмы вокруг первого «Вояджера» не просто оставалась высокой – она выросла по сравнению с данными за 2012 и 2013 гг. Эдвард Стоун заявил, что пока неизвестно, оттого ли это, что межзвездное вещество становится плотнее по мере удаления «Вояджера» от гелиосферы, или причиной тому сама [пришедшая от Солнца] ударная волна.

Первому «Вояджеру» потребовалось 92 месяца, чтобы преодолеть зону гелиослоя между ударной волной и гелиопаузой шириной 28 а.е. Второй аппарат прошел ударную волну в сентябре 2007 г., но по истечении аналогичного срока летом 2015 г. никаких признаков близости границы не наблюдалось. В августе и сентябре 2017 г. отметили 40 лет с начала экспедиции «Вояджеров» и пятилетие выхода первого аппарата в межзвездную среду, а второй все еще оставался в пределах гелиосферы. То ли из-за того, что «Вояджер-2» имел меньшую скорость, то ли дело было в солнечном минимуме – граница с межзвездной средой могла уйти дальше от Солнца, чем она была в августе 2012 г.