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

В августе 2007 г. на рубеже 103,6 а.е. радиальная скорость солнечного ветра вокруг «Вояджера-1» была определена в 70 км/с, и с этого времени началось ее медленное снижение. Поток солнечной плазмы замедлялся в среднем на 19 км/с в год, а в апреле 2010 г. на отметке 113,5 а.е. скорость его скачком упала до нуля. Исследователь из команды LECP Роберт Деккер вспоминал, что когда он понял, что получились сплошные нули, был потрясен: «Вот наш „Вояджер“, и он опять показал нечто совершенно новое».

Ученые из осторожности выждали еще четыре периода вращения Солнца и убедились, что ситуация не меняется: радиальная скорость остается близкой к нулю, а трансверсальная (боковая) сохраняется на уровне 30–40 км/с. Исследователи предположили, что движение солнечной плазмы не прекратилось совсем, но вместо этого пошло вбок – вблизи границы раздела с потоком межзвездного вещества эта версия выглядела разумно. 13 декабря 2010 г. NASA объявило о новом открытии. «Солнечный ветер огибает угол, – пояснил „на пальцах“ Эд Стоун. – „Вояджер-1“ приближается к межзвездному пространству».

16 июня 2011 г. группа Кримигиса опубликовала в Nature результаты измерений LECP из вновь обнаруженной зоны стагнации солнечного ветра, а на языке строгой науки – из переходной зоны в гелиослое. Исследователи сообщили, что в конце 2010 г. начала падать и трансверсальная скорость солнечного ветра. Далее они привлекли данные о регистрации прибором MIMI на станции «Кассини», работающей на орбите вокруг Сатурна, межзвездных энергичных нейтральных атомов в диапазоне энергий, перекрывающем доступный прибору LECP. Применив ту же методику расчета, они определили толщину гелиослоя в 27 а.е. Поскольку «Вояджер-1» пересек ударную волну на отметке 94 а.е., следовало ожидать гелиопаузу на рубеже около 120 а.е. Учитывая, что к моменту публикации «Вояджер-1» ушел от светила на 117,5 а.е., авторы заключили, что выход в межзвездную среду может произойти значительно раньше, чем ожидали до этого.

Оставалось, однако, неизвестно, куда конкретно все-таки повернул поток солнечной плазмы. Как мы помним, детектор заряженных частиц низких энергий LECP обеспечивал регистрацию электронов, протонов и ядер. Изюминкой прибора была его направленность: шаговый двигатель поворачивал блок детекторов на 45° через каждые четыре цикла бортового таймера, то есть через 192 секунды, так что за 25 минут собиралась полная пространственная картина по двум пространственным координатам. А что насчет третьего направления, меридионального?

Чтобы разобраться в этом вопросе, впервые за 20 лет реализовали специальный режим ориентации КА в интересах научной группы прибора LECP. Эксперимент был проведен 2 февраля 2011 г. «Вояджер-1» раскрутил гироскопы A и B и развернулся по крену на –70° с таким расчетом, чтобы приемные устройства LECP могли просканировать пространство в плоскости, перпендикулярной к направлению на Солнце. Аппарат простоял в таком положении около двух часов, после чего довел разворот до полного и вновь захватил α Центавра. Вроде бы простая операция, если забыть, что предыдущий случай стабилизации этого КА на гироскопах имел место в феврале 1990 г. при съемке «семейного портрета»!

Первый рабочий сеанс в интересах LECP был проведен 7 марта. В 17:10 UTC бортового времени «Вояджер-1» начал разворот на –70° и через 4 минуты застабилизировался в новом положении. Земля получила подтверждение разворота спустя 16 ч 07 мин – 8 марта в 09:21 UTC. С 09:31 до 12:04 шел прием информации на 70-метровой антенне DSS-14, а затем КА вернулся в штатное положение.

Аналогичные маневры были проведены 8, 9, 10, 13 и 14 марта, а за ними последовали еще три серии – в начале мая, в июле – августе и в октябре – ноябре 2011 г. Далее развороты в интересах LECP проводились четыре раза в год до 2016 г. включительно, чем и объясняется резкое увеличение расхода гидразина на первом КА начиная с 2011 г.

5 декабря 2011 г. на осенней конференции Американского геофизического союза в Сан-Франциско состоялись доклады по результатам измерений LECP, CRS и магнитометра на борту «Вояджера-1». В первую очередь ждали, конечно, сообщения команды Кримигиса и Деккера: куда же теперь дует солнечный ветер – «вперед», «вверх» или «вбок»? Оказалось – никуда, в зоне стагнации его просто не стало, не считая мелких «порывов» случайной ориентации. Исследователи сообщили также об удвоении величины магнитного поля при сохранении его направления, что соответствовало ожиданиям: солнечное магнитное поле «поджималось» внешним и усиливалось.

Кроме того, с середины 2010 г. стало уменьшаться количество частиц высоких энергий (0,04–2,0 МэВ) солнечного происхождения – очевидно, часть из них начала «утекать» наружу. За год их количество уменьшилось вдвое по сравнению с периодом 2006–2010 гг. Одновременно увеличилось на два порядка количество энергичных электронов галактического происхождения.

Было ясно: гелиопауза близко, до нее остаются скорее месяцы пути, чем годы. Но чтобы добраться до нее, нужно было урезать расход электроэнергии – выход RTG к концу 2011 г. снизился до 267 Вт, а запас составлял лишь 19 Вт. Поэтому 7 декабря на «Вояджере-1» был отключен восьмиваттный замещающий нагреватель IRIS, который в действительности немного подогревал УФ-спектрометр. Прибор, рассчитанный изначально на рабочую температуру не ниже –35 ℃, уже 17 лет работал при более жестких условиях. С 2005 г. он успешно функционировал при –56°, а теперь охладился до –79° и тем не менее сохранил работоспособность!

14 июня 2012 г. NASA сообщило о явных признаках приближения к границе гелиосферы: начало быстро расти количество заряженных частиц галактического происхождения, фиксируемых каналом 70 МэВ прибора CRS. За три предшествовавших года, с января 2009 г. по январь 2012 г., его показания выросли на 25 %. Эд Стоун отметил, что виден очень быстрый рост в этой части энергетического спектра. Начиная с 7 мая максимальный показатель прироста космических лучей составил 5 % за неделю и 9 % за месяц.

Вторым индикатором была интенсивность в канале 0,5 МэВ, регистрировавшем энергичные протоны солнечного происхождения. В течение 2005 г. после пересечения ударной волны скорость счета дошла до 100 частиц в секунду, затем стала медленно снижаться и перешла в колебания вблизи отметки 30. Пересечение гелиопаузы должно было сопровождаться резким падением количества этих частиц, но в мае и июне его еще не было.

И вот 29 июля 2012 г. уровень 0,5-МэВных частиц обрушился с 25 до 12 единиц, затем ненадолго восстановился, вновь упал 18 августа до отметки 10 и поднялся опять, а 25 августа на расстоянии 121,6 а.е. от Солнца провалился окончательно.

Поначалу NASA реагировало на происходящее оперативно и уже 3 августа сообщило о событиях 28–29 июля – падении числа солнечных частиц и росте количества межзвездных на 5 % всего за одни сутки. Однако данных о магнитном поле еще не было, и Эд Стоун, сам участник «магнитной» группы, предостерег от поспешных выводов. Он заявил, что мы определенно находимся в новой области на краю Солнечной системы, где все быстро меняется. Но мы еще не можем сказать, что «Вояджер-1» вышел в межзвездное пространство.