Будущая миссия межзвездного зонда направлена на то, чтобы выйти за пределы гелиосферы в местную межзвездную среду, чтобы понять, откуда взялся наш дом и куда он направляется. Фото: Лаборатория прикладной физики Джона Хопкинса.
Гелиосфера, состоящая из солнечного ветра, солнечных переходных процессов и межпланетного магнитного поля, действует как личный щит нашей Солнечной системы, защищая планеты от галактических космических лучей. Эти чрезвычайно энергичные частицы разлетались наружу в результате таких событий, как сверхновые, и могли бы нанести огромный ущерб, если бы гелиосфера не поглотила их по большей части.
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 измерений, чтобы лучше понять размер и форму нашего дома в гелиосфере снаружи.
«Без такой миссии мы подобны золотой рыбке, пытающейся понять аквариум изнутри», — сказала Сара А. 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 сложно сделать, поскольку мы до сих пор даже не знаем форму нашего щита», — сказал Марк Корнблют, ученый-исследователь из Бостонского университета. и соавтор исследования.
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 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», — сказал Спитцер.
На данный момент космические корабли «Вояджер-1» и «Вояджер-2» — единственные миссии, потенциально покинувшие гелиосферу. Сейчас, спустя 46 лет после запуска в 1977 году, срок службы космического корабля уже значительно превысил запланированный срок службы и он больше не может 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 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, как долго это спереди назад», — сказал Корнблют.
Кроме того, модели предполагают, что межзвездная плазма может быть введена 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.
«Этот анализ потребовал большой настойчивости. Он начался с малого и превратился в большой ресурс для сообщества», — сказала Сьюзан Лепри, профессор климатических и космических наук и инженерии в UM и последний автор исследования.
За свое 46-летнее путешествие космический корабль «Вояджер» преодолел расстояние около 163 астрономических единиц (15,2 миллиарда миль) от Земли. Заглядывая в будущее, будущий межзвездный зонд будет рассчитан на 50-летнюю миссию, рассчитанную на расстояние около 400 астрономических единиц и, возможно, даже до 1000 астрономических единиц, обеспечивая беспрецедентный вид на нашу гелиосферу и межзвездную среду за ее пределами.
Информация от: Инженерным колледжем Мичиганского университета.
