Ученые составляют карты наилучшего маршрута для космического аппарата, выходящего за пределы сферы влияния Солнца

Гелиосфера, состоящая из солнечного ветра, солнечных переходных процессов и межпланетного магнитного поля, действует как личный щит солнечной системы, защищая планеты от галактических космических лучей. Эти чрезвычайно энергичные частицы, ускоренные в результате таких событий, как сверхновые, могли бы нанести огромный ущерб, если бы они не были по большей части поглощены гелиосферой.

В настоящее время научное сообщество не может достичь консенсуса относительно границ и контуров этого защищенного пространства, и они изучают концепции миссии межзвездного зонда, который выйдет за пределы сферы влияния Солнца, чтобы ответить на эти вопросы.

Исследование Мичиганского университета, опубликованное в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences, дает рекомендации по максимизации научных усилий, чтобы лучше понять размер и форму гелиосферы снаружи.

«Без такой миссии мы подобны золотой рыбке, пытающейся понять аквариум изнутри», — сказала Сара Спитцер, научный сотрудник UM и первый автор исследования.

«Мы хотим знать, как гелиосфера защищает астронавтов и жизнь в целом от вредного галактического излучения, но это трудно сделать, когда мы до сих пор даже не знаем форму нашего щита».

Согласно исследованию, лучший возможный путь выхода — через хвостовую часть гелиосферы.

Взаимодействие гелиосферы с местной межзвездной средой — материалом, состоящим из плазмы, пыли и нейтральных частиц, заполняющим пространство между астросферами, — формирует форму нашей гелиосферы и влияет на состав космической среды внутри Солнечной системы, в том числе вблизи Земли. В настоящее время модели предсказывают, что гелиосфера может иметь разные формы, в том числе сферическую, вытянутую и серповидную.

Окончательное определение формы гелиосферы невозможно сделать без дополнительных измерений за пределами гелиосферы.

«Будущая миссия межзвездного зонда станет нашей первой возможностью по-настоящему увидеть нашу гелиосферу, наш дом, снаружи и лучше понять ее место в местной межзвездной среде», — сказала Сара Спитцер.

На данный момент космические аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» — единственные миссии, потенциально покинувшие гелиосферу. Теперь, спустя 46 лет после запуска в 1977 году, их срок службы уже значительно превысил запланированный и они больше не могут обеспечивать полные измерения плазмы, необходимые для улучшения нашего понимания границ гелиосферы.

Будущая миссия межзвездного зонда направлена ​​​​на выход за пределы гелиосферы для сбора образцов из местной межзвездной среды. В отчете о концепции миссии (pdf) 2021 года, в котором приняли участие более 1000 ученых, обсуждались полезная нагрузка, ракета-носитель и технические аспекты различных траекторий. Однако в этом отчете предполагается, что траектория зонда под углом около 45 градусов от носа гелиохвоста или передней части направленного движения Солнца является оптимальной.

Оспаривая это предположение, исследовательская группа проанализировала научную ценность шести возможных траекторий межзвездных зондов, варьирующихся от носового до хвостового направления. Исследователи пришли к выводу, что траектория, пересекающая фланг гелиосферы в направлении хвоста, обеспечит наилучшее представление о форме гелиосферы и максимизирует научные результаты.

«Если вы хотите узнать, как далеко простирается ваш дом, выходить через парадную дверь и фотографировать с тротуара, вероятно, не лучший вариант. Лучший способ — выйти через боковую дверь, чтобы увидеть, какая у него длина от начала до конца», — говорят исследователи.

Кроме того, модели предполагают, что межзвездная плазма может попасть непосредственно в гелиосферу через хвост, что дает возможность брать образцы межзвездной плазмы как внутри, так и за пределами нашей гелиосферы. Чтобы лучше понять взаимодействие гелиосферы с межзвездной средой, исследователи также рекомендуют проводить научные измерения в будущих миссиях к дальним краям гелиосферы.

Межзвездный зонд будет рассчитан на 50-летнюю миссию, в течении которой он должен преодолеть расстояние не менее 400 астрономических единиц и, возможно, даже до 1000 астрономических единиц, обеспечивая беспрецедентный вид на нашу гелиосферу и межзвездную среду за ее пределами. Для сравнения, Вояджер-1 сейчас находится на расстоянии 163 а.е. от Солнца (24,39 млрд. км).