NASA отправит двойника New Horizons за тысячу астрономических единиц от Солнца

Астрономы представили план научных исследований нового исследовательского аппарата Interstellar Probe, который должен за 50 лет достичь отметки в тысячу астрономических единиц от Солнца. Дизайн нового зонда схож с аппаратом New Horizons, исследовавшим Плутон, а его запуск намечен на 2030-е годы, сообщается на сайте Европейского Союза Геонаук. Граница гелиосферы, где солнечный ветер встречается с потоками плазмы, газа и пыли из Местного межзвездного облака, находится на расстояниях от 90 до 120 астрономических единиц от Солнца (для сравнения Плутон расположен на расстоянии 39,5 астрономических единиц от Солнца) и представляет собой крайне интересную для астрофизиков область, в которой идет множество физических процессов, ответственных не только за форму и динамику нашей гелиосферы, но и астросфер у других звезд. На сегодняшний день ее пересекли четыре аппарата и лишь два из них («Вояджер-1» и «Вояджер-2») смогли получить ценные научные данные, исследуя окружающую среду. Еще один аппарат — New Horizons — пересечет границу гелиосферы в будущем, однако к тому времени он уже прекратит свою работу. Группа астрономов во главе с Еленой Проворниковой (Elena Provornikova) из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса рассказала на Генеральной ассамблее EGU21 о задачах будущего исследовательского космического аппарата Interstellar Probe, разработка которого была начата в 2017 году в рамках программы NASA по гелиофизике. Ожидается, что зонд будет способен достичь отметки в тысячу астрономических единиц от Солнца.

Схема научной программы Interstellar Probe

Научная программа миссии достаточно обширна — зонд должен помочь ученым понять каковы размеры, форма и структура гелиосферы, существует ли головная ударная волна и каковы свойства водородной стены. Кроме того, исследователей интересуют влияние со стороны Солнца на параметры локальной межзвездной среды и наоборот, процессы ускорения и захвата частиц на границе гелиосферы, объекты пояса Койпера, а также свойства межзвездного нейтрального газа и пыли, проникающих в гелиосферу, и их отличия от вещества Солнечной системы.

Масса аппарата составит 850-950 килограмм, из которых около 90 килограмм придется на научную аппаратуру: анализаторы плазмы, заряженных и нейтральных частиц, датчики пыли и космических лучей, магнитометр, а также камеры. На борту будут установлены два радиоизотопных источника электроэнергии нового поколения. Для обмена данными с Землей будет использоваться пятиметровая антенна, работающая в X-диапазоне, которая должна обеспечить передачу данных со скоростью 500 бит в секунду с расстояния 1000 астрономических единиц.

Проворникова отметила, что в некотором смысле дизайн нового зонда аналогичен аппарату New Horizons, который был построен в Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. Interstellar Probe, несмотря на возможную схожесть, не связан с проектом TAU (Thousand Astronomical Unit), разрабатывавшемся в конце прошлого века, а представляет собой прагматичный подход к разработке аппаратов для дальнего космоса, который предполагает использование доступных на сегодняшний день технологий и ракет-носителей. В настоящее время ведется завершение анализа концепции миссии и готовится отчет для NASA, которое и должно определить дату начала создания как научных приборов, так и самого зонда.

Ожидается, что запуск зонда в космос будет произведен в 2030-х годах при помощи ракеты-носителя SLS Block 2. После этого зонд совершит гравитационный маневр у Юпитера, что позволит развить скорость 7-8 астрономических единиц в год и достигнуть границы гелиосферы через 15 лет после старта. Расчетная продолжительность работы Interstellar Probe должна составить не менее пятидесяти лет.

Гелиосфера выглядит еще более необычно, чем предполагалось

Каждую секунду ежедневно Солнце выбрасывает потоки крохотных высокоэнергетических частиц, известных как солнечный ветер. Этот ветер дует по всей Солнечной системе, и границы зоны его воздействия простираются далеко за пределы орбит планет, в межзвездное пространство. Однако, чем дальше солнечный ветер находится от нашей звезды, тем медленнее движутся его потоки. Так, внутренние планеты Солнечной системы испытывают мощное влияние высокоскоростного солнечного ветра, вызывающего полярные сияния, в то время как у внешнего края нашей планетной системы солнечный ветер значительно ослабляется. А еще дальше – на расстоянии, примерно в два раза превышающем радиус орбиты Нептуна – солнечный ветер встречается с потоками частиц, движущимися в пространстве между звездами, и встретившись, эти потоки взаимно уравновешивается. В результате такого уравновешивания формируется «пузырь», называемый гелиосферой. Гелиосфера имеет форму «капли», при этом ее толстая часть обращена в сторону движения Солнечной системы по галактике. Недавно группа исследователей под руководством Мерав Офер (Merav Opher) из Бостонского университета, США, собрала данные, полученные при помощи разных космических миссий, чтобы создать модель гелиосферы нашего светила. В результате исследователи наблюдали нечто, напоминающее огромный круассан.

Эта необычная форма связана с двумя источниками частиц высокой энергии во внешней части Солнечной системы. Первым источником является сам солнечный ветер, генерируемый у поверхности нашей звезды и вырывающийся с поверхности светила в космос. Вторым источником авторы называют нейтральные частицы, которые просачиваются в Солнечную систему, где происходит потеря частицами электрона и превращение их в иную форму солнечного ветра.

Взаимодействие между этими двумя группами частиц является очень сложным, и их «электромагнитный танец» обусловливает необычную форму гелиосферы, пояснили авторы.

Вояджер-2 прислал на Землю данные из-за пределов Солнечной системы. Карта-схема

Межпланетный аппарат "Вояджер-2" (Voyager-2) прислал сообщение на Землю. Об этом сообщается на сайте NASA. Аппарат покинул гелиосферу и достиг межзвездного пространства на расстоянии 18 млрд км от Земли, далеко за орбитой Плутона, еще 5 ноября 2018 года. Однако понадобился целый год, чтобы собранные им данные дошли до Земли и были расшифрованы учеными. Журнал Nature Astronomy рассказал об результатах исследований. В каждой из пяти статьей эксперты описали результаты с одного из пяти приборов "Вояджер-2" - детектора магнитного поля, двух регистраторов частиц в различных энергетических диапазонах и двух приборов для изучения плазмы - газа, который состоит из заряженных частиц. Как отмечается, благодаря исследованиям можно понять, где предел окружающей среды Солнца и начало межзвездного пространства. Вместе с тем информация с "Вояджера-2" подтвердила, что плазма в локальном межзвездном пространстве значительно плотнее, чем плазма внутри гелиосферы, а также что ее температура ниже, чем внутри гелиосферы.

Подтвержден переход «Voyager 2» в царство звёзд!

«Voyager 2» стал вторым космическим аппаратом, достигшим пространства за пределами гелиосферы. Анализ данных о плотности плазмы, полученных инструментом на борту космического аппарата NASA «Voyager 2», подтвердил, что он вошел в межзвездное пространство в ноябре 2018 года на расстоянии в 119 астрономических единиц от Солнца, став вторым рукотворным объектом после «Voyager 1», преодолевшим границу гелиосферы. Выводы об условиях в этой среде, которые не полностью совпали с ожидаемыми, представлены пятью (раз, два, три, четыре, пять) статьями в журнале Nature. «Оказалось, что старая идея о постепенном исчезновении влияния солнечного ветра по мере продвижения в межзвездное пространство просто не соответствует действительности. Данные с «Voyager 2» подтвердили полученную ранее информацию от «Voyager 1» о существовании удивительно четкой границы», – рассказывает Дон Гурнетт из Айовского университета (США), ведущий автор одного из исследований. «Voyager 2» стал вторым космическим аппаратом, достигшим пространства за пределами гелиосферы. Он был запущен в 1977 году незадолго до своего близнеца «Voyager 1», который совершил переход в межзвездную среду в 2012 году, передав ценные данные о гелиопаузе. Однако из-за повреждения инструмента «Plasma Science Experiment» на борту «Voyager 1» еще в 1980 году, зонд не смог собрать полную информацию о неизведанных ранее регионах.

К счастью, на борту «Voyager 2» инструмент «Plasma Science Experiment» работает штатно, и 5 ноября 2018 года он зафиксировал переход космического аппарата из среды с горячей плазмой низкой плотности, характерной для солнечного ветра, к холодной плазме с более высокой плотностью, свойственной межзвездному пространству.

Согласно полученным данным, зонд преодолел гелиопаузу менее чем за один день, при этом он пересек неизвестный ранее слой, где взаимодействуют солнечный и межзвездный ветры. «Voyager 1» не передавал данных об этом «новом» участке, и это различие, по мнению астрономов, может быть связано с изменениями уровня активности Солнца или различными траекториями космических аппаратов.

«Это как смотреть на слона под микроскопом. Два человека подходят к нему и проводят два разных исследования, не представляя, что происходит между точками их измерений. Поэтому мы прибегаем к моделям, которые помогают извлечь недоступную нам информацию о гелиосфере, основываясь на двух местах ее пересечения. Имеющиеся у нас данные рисуют примерно симметричную и сферическую область, однако не исключено, что она является кометообразной с хвостом на несколько тысяч астрономических единиц, и разрешить эти дебаты помогут только будущие наблюдения обоих зондов», – заключил Билл Керт из Айовского университета, соавтор одного из исследований.

Стоит отметить, что, хотя «Voyager 1» и «Voyager 2» покинули гелиосферу, они все еще не вышли за пределы Солнечной системы и не сделают этого в ближайшее время. Считается, что ее граница находится за внешним краем Облака Оорта, совокупности небольших объектов, которые подвержены воздействию гравитации нашей звезды. Ширина Облака Оорта точно не известна, но, по оценкам ученых, она начинается на расстоянии около 1000 астрономических единиц от Солнца и простирается примерно до 100 000 астрономических единиц. «Voyager 2» потребуется около 300 лет, чтобы достичь внутреннего края Облака Оорта, и, возможно, 30 000 лет, чтобы выйти за его пределы.