New Horizons изучает гелиосферу: зонд NASA зафиксировал 15-процентное замедление солнечного ветра

Коллектив ученых под руководством Хизер Эллиотт из Юго-западного исследовательского института (SwRI) проанализировал данные зонда NASA «Новые горизонты» и обнаружил, что солнечный ветер на расстоянии 58 астрономических единиц от Солнца замедляется на 13–15 процентов по сравнению со скоростью у земной орбиты. Это постепенное торможение вызвано взаимодействием ионов солнечного ветра с нейтральными атомами межзвездного газа, которые проникают в гелиосферу. Результаты опубликованы в «Астрофизическом журнале» и дополняют ранние измерения аппаратов Voyager, открывая новые детали о том, как формируются внешние рубежи Солнечной системы и как галактические космические лучи проникают во внутренние области.

Космический аппарат «Новые горизонты» (New Horizons), который сейчас находится примерно в 66 астрономических единицах от Солнца, продолжает выполнять уникальную роль единственного действующего исследователя внешней гелиосферы. В новой работе специалисты сосредоточились на измерениях прибора SWAP, предназначенного для анализа солнечного ветра в окрестностях Плутона.

Сравнивая данные, полученные на дистанциях от 21 до 58 астрономических единиц, с эталонными значениями вблизи Земли, они подтвердили давнее теоретическое предположение: по мере удаления от Солнца поток заряженных частиц не просто расширяется и разрежается, но и ощутимо теряет скорость из-за постоянной «бомбардировки» атомами межзвездного нейтрального газа.

Механизм этого торможения связан с процессом перезарядки. Нейтральные атомы водорода и гелия, поступающие из межзвездной среды, свободно проникают в гелиосферу, потому что не чувствуют магнитного поля и солнечного ветра. Однако при столкновении с быстрыми ионами они могут захватывать электрон, превращаясь в заряженные частицы и одновременно порождая новые нейтралы.

В результате ионная компонента солнечного ветра приобретает дополнительную массу, а импульс перераспределяется, это и приводит к плавному снижению скорости. Если на 21 астрономической единице отставание от скорости на орбите Земли составляло около 5–10 процентов, то на 58 единицах оно достигает уже 13–15 процентов, что идеально вписывается в существующие модели взаимодействия солнечного вещества с межзвездной средой.

Примечательно, что это замедление носит постепенный характер и кардинально отличается от резкого скачка, который ожидает «Новые горизонты» в будущем, когда он достигнет ударной волны окончания гелиосферы. Там, на дистанции около 84 астрономических единиц, как ранее показал «Вояджер-2», скорость солнечного ветра падает почти вдвое, на 46 процентов за короткий промежуток.

Такое поведение служит четким маркером того, что внешнее давление межзвездного вещества становится доминирующим, и гелиосфера переходит в пограничную область, где ее влияние на космическую среду сходит на нет. Именно эта граница определяет, какая доля галактических космических лучей способна пробиться внутрь, и ее форма напрямую влияет на радиационную обстановку в окрестностях Земли.

Для практической космонавтики эти выводы имеют прямое значение. Галактические космические лучи остаются одной из главных преград для длительных пилотируемых миссий, они повышают риск онкологических заболеваний у астронавтов и могут выводить из строя бортовую электронику.

Лучшее понимание того, как именно межзвездные частицы смешиваются с солнечным ветром и как далеко простирается защитный пузырь нашей звезды, поможет конструкторам кораблей и систем жизнеобеспечения более точно прогнозировать уровни облучения на трассе Земля–Марс и за ее пределами. Кроме того, данные «Новых горизонтов» послужат калибровкой для будущих гелиофизических миссий, таких как IMAP, и дополнят информацию от стареющих, но все еще работающих зондов «Вояджер».

Не менее важен и астрофизический аспект открытия. Гелиосфера представляет собой естественную лабораторию для изучения так называемых астросфер — аналогичных пузырей вокруг других звезд. Понимая, как именно солнечный ветер взаимодействует с местным межзвездным облаком, ученые могут экстраполировать эти закономерности на далекие планетные системы, оценивая условия, в которых формируются экзопланеты и развиваются их возможные атмосферы. Таким образом, замедление солнечного ветра это не локальный эффект, а ключ к общей картине того, как звезды и межзвездная среда обмениваются веществом и энергией в масштабах Галактики.

В итоге исследование SwRI не просто уточнило цифры на графике скоростей, но и укрепило связь между наблюдениями на окраинах Солнечной системы и практическими задачами защиты космических аппаратов и людей от радиации. Оно показывает, что даже через полвека после первых полетов к планетам-гигантам человечество продолжает открывать новые нюансы в, казалось бы, хорошо изученном потоке солнечных частиц. И каждый такой нюанс приближает нас к моменту, когда межзвездное путешествие перестанет быть фантастикой и станет инженерной задачей, решаемой на основе точных данных, а не приблизительных оценок.

Присоединяйтесь к нам в соцсетях