Ударной волны нет

В течение нескольких последних десятилетий широко принималась гипотеза о том, что пузырь заряженных частиц и магнитных полей, создаваемых Солнцем – гелиосфера – при движении Солнечной системы через галактику создает три слоя на своей границе и отчетливую ударную волну, аналогичную волне перед сверхзвуковым самолетом. Такую же ударную волну создает и Земля на солнечной стороне своей магнитосферы, а также и другие планеты, имеющие магнитное поле. Однако данные, собранные зондом Interstellar Boundary Explorer (IBEX) указывают на то, что никакой ударной волны на границе Солнечной системы нет. Команда ученых под руководством Дэвида МакКомаса, руководителя проекта зонда, добавила к данным аппарата, для которого это профильное направление исследований, показания обоих Вояджеров, уже подлетевших (как первый, так и второй) к обсуждаемой зоне, и, разумеется, результаты численного моделирования. В результате оказалось, что гелиосфера просто-напросто движется слишком медленно для создания ударной волны в сильно разреженном, но заполненном магнитными полями регионе Вселенной, через который мы проходим.

«Зонд IBEX дает глобальную картину происходящего. Он показывает весь этот регион, – говорит Эрик Кристиан, сотрудник Центра космических полетов имени Годдарда, занятый в проекте зонда IBEX, а ранее участвовавший и в работе с Вояджерами. – Одновременно, Вояджеры сейчас находятся прямо там, измеряя условия в двух местах. Совместные данных этих зондов позволяют нам сделать науку, и сейчас новые данные IBEX безоговорочно указывают, что ударной волны нет».

Начиная с 80-х годов прошлого века считается, что граница гелиосферы на самом деле состоит из трех слоев. Первый слои – практически сферическая граница ударной волны. За ней солнечный ветер, обдувающий Землю на огромной скорости, замедляется до скоростей ниже скорости звука. В этой области – гелиосферной мантии – ветер продолжает свое движение неспешно до того момента, когда столкнется с материалом остальной галактики. В результате заряженные частицы отбрасываются назад, двигаясь по кромке гелиосферы к ее хвосту. Граница, на которой солнечный ветер полностью останавливается, называют гелиопаузой. Третьим слоем должна быть ударная волна (дуговая ударная волна), образующая оттого, что гелиосфера прокладывает себе путь в межзвездном пространстве. Оба вояджера уже надежно подтвердили существование первой области и указывают на то, что вторая, к которой они движутся, также является верной теорией. Однако, два Вояджера получили немного отличные данные. Двигаясь по разным орбитам, они встречают разные слои гелиосферы на разных расстояниях от Солнца, что указывает на сложную, несимметричную форму гелиосферы. Наиболее вероятной причиной этого являются мощные магнитные поля, сжимающие гелиосферу снаружи. Это предположение о магнитном поле было подтверждено данными зонда IBEX. Его данные позволили также определить напряженность внешнего магнитного поля, через которое мы пробираемся, и она оказалась на верхней границе начальной оценки.

«Мы один за другим увидели признаки очень мощного магнитного поля в нашем галактическом окружении, – говорит Натан Швадрон, сотрудник Университета Нью-Гемпшира и соавтор исследования. – Это магнитное поле влияет на структуру гелиосферы и ее границы. Это ведет нас к совершенно новому взгляду на происходящее».

Кроме измерения магнитного поля вне Солнечной системы, зонд сумел дать оценку скорости движения гелиосферы через него.

«Мы только что завершили анализ данных, собранных зондом IBEX за два года, и они показали, что скорость гелиосферы по отношения к локальному облаку межзвездного вещества составляет менее 84000 километров в час, тогда как должна была быть около 95000, – говорит МакКомас, сотрудник Юго-западного исследовательского института. – Это может показаться не такой уж большой разницей, но она означает ослабление давления внешней среды на границу гелиосферы на четверть. А это, в свою очередь, означает совершенно другие процессы при взаимодействии, в первую очередь, его значительное ослабление». Учитывая новую скорость гелиосферы и плотность межзвездного вещества в той области галактики, через которую мы движемся, можно заключить, что ударной волны нет.

Граница гелиосферы лежит на расстоянии примерно 16 миллионов километров от Земли, но тем не менее чрезвычайно важна для понимания нашего места во Вселенной. Гелиопауза также защищает нас от жестких условий, окружающих Солнечную систему – в первую очередь, от мощных излучений и магнитных полей. Так что знание свойств границы гелиосферы позволяет определять, какие частицы все же просачиваются к нам извне, и с какими скоростями. Данные, собранные тремя зондами, теперь должны быть использованы для построения новой модели поведения гелиосферы, и, по счастью, все три аппарата должны продолжать свою работу еще в течение многих лет.

«Представьте себе момент, когда Вояджер пересечет границу гелиосферы и покажет, верны ли были данные зонда IBEX, – говорит Швадрон. – Это будет момент больших возможностей для научных достижений».