Край Солнечной системы определяется гелиосферой и ее гелиопаузой. Гелиопауза отмечает область, где межзвездная среда останавливает исходящий солнечный ветер. Но только два космических корабля, «Вояджер-1» и «Вояджер-2», когда-либо путешествовали к гелиопаузе. В результате ученые не уверены в размерах гелиопаузы и других ее свойствах.
Некоторые учёные стремятся узнать больше об этом регионе и разрабатывают концепцию миссии по его исследованию.
Гелиосфера играет решающую роль в Солнечной системе. Гелиосфера Солнца представляет собой щит от приходящего галактического космического излучения, например, от мощных сверхновых. Гелиопауза отмечает степень защитной силы гелиосферы. За его пределами галактическое космическое излучение беспрепятственно.
«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».
Марк Корнблют, Бостонский университет
Нет общего понимания формы и размеров гелиосферы и гелиопаузы. Новое исследование хочет решить эту проблему, разработав зонд, который выйдет за пределы этого региона в поисках необходимых ответов.
Исследование называется «Дополнительные межзвездные обнаружения из гелиохвоста» и опубликовано в журнале Frontiers in Astronomy and Space Sciences. Ведущий автор — Сара Спитцер, научный сотрудник кафедры климатических и космических наук и инженерии Мичиганского университета.
«Без такой миссии мы подобны золотой рыбке, пытающейся понять аквариум изнутри», — сказал Спитцер.
Гелиопауза защищает все внутри себя от галактического космического излучения, в том числе и наших астронавтов, покидающих защитную магнитосферу Земли. «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», — сказал Марк Корнблют, ученый-исследователь из Бостонского университета. и соавтор исследования.
Форма гелиосферы возникает в результате взаимодействия солнечного ветра с местной межзвездной средой (LISM). LSM состоит из плазмы, пыли и нейтральных частиц. Два облака в LISM доминируют в нашей области космоса: Местное межзвездное облако и G-Облако, где находится система Альфа Центавра. Два других облака, AQL Cloud и Blue Cloud, находятся неподалеку. Облака — это области, где LISM более плотный.
Проблема, с которой сталкиваются ученые, заключается в том, что мы не можем узнать больше о форме гелиосферы и ее связи с LISM и ее облаками, не выйдя за пределы гелиосферы. Хотя «Вояджер-1» и «Вояджер-2» значительно превзошли самые лихорадочные ожидания, просуществовав так долго и покинув гелиосферу, они уже близки к концу. Их инструменты не работают так, как раньше, и даже тогда эти космические корабли были построены в 1970-х годах. Само собой разумеется, что с тех пор технологии продвинулись вперед.
Нам нужен специально созданный космический корабль, который сможет покинуть гелиосферу, когда и где мы захотим. Конечно, это чрезвычайно долгое путешествие, и на этом пути оно позволит достичь других научных целей. Но в отличие от зондов «Вояджер», которые были отправлены для изучения планет и достигли LISM только из-за явного упрямства, этот зонд в первую очередь будет предназначен для исследования гелиопаузы.
«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 ведущий автор Спитцер.
Идея существует уже некоторое время. В 2021 году учёные разработали концепцию миссии такого зонда. Они назвали его Межзвездным зондом и заявили, что ему предстоит 50-летнее путешествие в LISM. Они сказали, что это «… обеспечит первую реальную точку зрения на нашу жизненную систему снаружи». Он может быть запущен в 2036 году и двигаться с максимальной скоростью 7 а.е. в год. Это около одного миллиарда км в год.
Точка выхода — это критическая разница между предложением 2021 года и этим. В предложении 2021 года говорилось, что зонд должен «сфотографировать гелиопаузу сбоку, чтобы определить ее форму, предпочтительно около 45 ° от направления носа гелиопаузы в точке (7 ° с.ш., 252 ° в.д.) в эклиптических координатах Земли».
Авторы новой статьи утверждают, что команда Межзвездного зонда неправильно определила точку выхода. «Однако в этом отчете предполагается, что траектория зонда под углом около 45 градусов от носа гелиохвоста или передней части направленного движения Солнца является оптимальной», — пишут они. Спитцер и ее коллеги изучили этот вопрос и пришли к другому выводу. Они исследовали шесть различных траекторий движения зонда: от носа до хвоста. Они пришли к выводу, что вид сбоку лучше.
«Если вы хотите узнать, как далеко простирается ваш дом, выходить через парадную дверь и фотографировать с тротуара перед домом, вероятно, не лучший вариант. Лучший способ — выйти через боковую дверь, чтобы увидеть, насколько длинна она спереди назад», — сказал соавтор Корнблют. Эта точка зрения даст лучшие научные результаты и представление о форме гелиосферы.
«Понимание формы гелиосферы требует понимания гелиохвоста, поскольку форма сильно зависит от гелиохвоста и его LISM-взаимодействий», — пишут авторы в своей статье. «Миссия Межзвездного зонда — это идеальная возможность для проведения измерений либо по траектории, проходящей через гелиохвост, либо через фланг…»
Есть еще одна веская причина следовать этой траектории. Исследователи полагают, что плазма из LISM может попасть в гелиосферу через ее хвост из-за магнитного пересоединения. Если это правда, зонд мог бы взять образец LISM дважды: один раз внутри гелиосферы и один раз за ее пределами.
Команда также предложила отправить два зонда за пределы гелиосферы. У одного будет траектория носа, а у другого — траектория гелиохвоста. Это «… даст более полную картину формы гелиосферы и поможет нам лучше понять ее взаимодействие с LISM», — объясняют они в своей статье.
«Этот анализ потребовал большой настойчивости. Все началось с малого и превратилось в отличный ресурс для сообщества», — сказала соавтор исследования Сьюзан Лепри.
Команда, стоящая за этим предложением, утверждает, что Межзвездный зонд будет рассчитан на 50 лет и будет путешествовать по 400 астрономическим единицам. Потенциально он может путешествовать гораздо дальше, до 1000 астрономических единиц. По мнению исследователей, это даст нам беспрецедентное представление о гелиосфере и LISM.
