Пояс Солнечной системы

Планета Земля, на которой мы все живем, находится от Солнца на расстоянии порядка 150 млн км. По меркам Вселенной это весьма небольшое расстояние, которое со скоростью света преодолевается чуть больше чем за 8 минут. Солнце, Земля и другие крупные планеты, астероиды, кометы, метеороиды и прочие тела образуют Солнечную систему, то есть связанную систему, гравитационным центром которой является Солнце. В свою очередь, Солнце движется вокруг центра нашей галактики Млечный Путь со скоростью порядка 220 км/сек и периодом обращения более 200 млн лет, это движение происходит в направлении созвездия Лебедя. Можно продолжить последовательность и также вспомнить, что Млечный Путь является членом Местной группы галактик, а вследствие Большого взрыва Вселенная расширяется, и галактики в целом имеют тенденцию удаляться друг от друга. Но в данной заметке речь пойдет все-таки о более близких к нам, жителям Земли, пространствах.

Говоря о Солнце как о полноправном члене звездного сообщества в нашей Галактике, астрономы выделяют такое понятие, как гелиосфера. Эта околосолнечная область, в которой скорость плазмы солнечного ветра относительно Солнца превышает сверхзвуковую скорость. Очевидно, что близко от Солнца (и в частности там, где находится планета Земля) эта скорость является достаточно высокой. С увеличением расстояния скорость солнечного ветра падает вследствие взаимодействия с межзвездным веществом. На расстоянии 75–90 астрономических единиц (1 астрономическая единица – это среднее расстояние от Земли до Солнца, то есть 149,6 млн км) торможение достигает такой величины, что происходит резкое падение скорости и возникает ударная волна.

Это уже самый край гелиосферы, которая, проще говоря, представляет собой пузырь, надуваемый Солнцем.

Правда, этот пузырь не является симметричным, а скорее похож на гигантскую каплю: в направлении, противоположном движению Солнца, гелиосфера вытянута.

На фронте ударной волны происходит дальнейшее торможение частиц солнечного ветра, и полная остановка происходит на поверхности, называемой гелиопаузой, где солнечный ветер приходит в контакт с межзвёздной средой. Именно эта поверхность и являет собой границу гелиосферы. За ней же наблюдается другая ударная волна, вызванная останавливающимся «набегающим» межзвездным веществом.

Именно граница гелиосферы, где находятся две ударные волны, а влияние магнитного поля Солнца сходит на нет, защищает всю Солнечную систему от значительной части космической радиации, которая могла бы стать серьезным препятствием для возникновения жизни на Земле.

Не так давно границ гелиосферы достигли аппараты, созданные человеком. В 2004 году ее пересек аппарат Voyager-1, а спустя три года и его «брат-близнец» Voyager-2, который движется от Солнца в противоположном направлении. Наблюдения «Вояджеров» дали ученым много поводов задуматься о процессах, проходящих в этой области. Так например второй Voyager пересек ударную волну на 1,5 млрд км ближе к Солнцу, чем первый, причем сделал это несколько раз, так как ударная волна периодически перемещается в зависимости от солнечной активности. В целом же температура и другие свойства среды на границе Солнечной системы оказались совсем не такими, как ожидали ученые.

С целью изучения внешних слоев гелиосферы в октябре прошлого года NASA был запущен космический аппарат Interstellar Boundary Explorer (IBEX). На этом аппарате стоит в том числе и российское оборудование, подготовленное специалистами Института космических исследований (ИКИ) РАН и Московского государственного университета под руководством Владислава Валерьевича Измоденова. На этом спутнике стоят два прибора, которые регистрируют частицы с энергиями порядка 0,2–6 КэВ. Первоначально срок работы IBEX должен был составить один год, который как раз на исходе. Но с большой вероятностью можно предположить, что этот аппарат продолжит свою работу, так как ученые с его помощью получили очень интересные результаты, которые в пятницу опубликованы в трех статьях в журнале Science.

Основное открытие, сделанное международной группой ученых с помощью аппарата IBEX, заключается в обнаружении пояса высокоэнергичных частиц, который окружает гелиосферу.

«Неожиданно для всех оказалось, что существует такой пояс, он не предсказан ни одной теорией. Энергия частиц, которые его составляют, в три раза превышает энергию других частиц, проникающих в гелиосферу, – рассказал «Газете.Ru» Владислав Измоденов. – Природа этого пояса неизвестна. Есть гипотеза, что его положение связано с межзвездным магнитным полем, которое, оказывается, достаточно сильное. Предполагалось, что его величина составляет два микрогаусса, а сейчас, по оценкам, оно порядка пяти. Но одного магнитного поля недостаточно, чтобы объяснить существование этого пояса, должен быть какой-то физический процесс.

Открытие пояса высокоэнергичных частиц показывает, что ситуация сложнее, чем мы предполагали раньше.

Там наблюдается многокомпонентная структура. Есть какие-то процессы, которых мы не знаем. В целом мне кажется, что наши основные представления о границе гелиосферы сохранятся, просто ситуация усложнится. У нас есть представления, основанные на данных «Вояджеров», наблюдениях с «Хаббла», SOHO и других космических аппаратов. Результаты IBEX делают картину более сложной».

Очевидно, что свет на происхождение пояса высокоэнергичных частицы могут пролить только дальнейшие наблюдения. По словам Измоденова, «в Америке сейчас заговорили о том, что надо запускать аппарат на границу гелиосферы со скоростью движения в 2–3 раза больше, чем у «Вояджеров». Сейчас, в связи с результатами IBEX, шансы на реализацию этого проекта резко увеличиваются. Наверное, срок миссии IBEX будет продлен, ведь интересно посмотреть, как меняется этот пояс с солнечным циклом».

Владислав Измоденов также рассказал, что у российских ученых есть идея поставить аналогичный прибор на один из малых спутников в рамках эксперимента «Странник», который должен быть реализован в 2013–2015 годах и в котором предполагается провести исследования широкого круга явлений – от инерционной длины электрона до межзвездного ветра.