Разведчики внешних планет. Путешествие «Пионеров» и «Вояджеров» от Земли до Нептуна и далее

С каждой стороны от границы имеется переходная область. Внутри сверхзвуковой поток солнечного ветра начинает тормозиться, взаимодействуя с галактическим веществом. Там, где скорость его резко падает и становится дозвуковой, располагается ударная волна, а после нее начинается гелиослой. Снаружи гелиосферы также существует некий пограничный слой, не имеющий головной ударной волны, так как скорость движения Солнца и всего «пузыря» гелиосферы не превосходит местную звуковую скорость во внешней среде. Впрочем, о том, каковы характеристики этой внешней среды, впервые стало известно лишь в мае 2012 г. по данным американского зонда IBEX[107].

Важно подчеркнуть, что гелиосфера намного меньше Солнечной системы в гравитационном определении. Восемь планет и малые тела пояса Койпера, заканчивающегося примерно на 50 а.е., обращаются внутри нее. Облако Оорта, управляемое гравитацией Солнца, находится далеко за пределами гелиосферы.

Пройти границу между солнечным и межзвездным веществом и изучить на месте свойства среды в гелиослое и за гелиопаузой являлось с 1990 г. основной задачей «Вояджеров». Ученые рассчитывали, что «Вояджер-1», идущий примерно в направлении апекса Солнца и навстречу «потоку», достигнет цели первым. Так оно в итоге и оказалось.

Три из пяти основных приборов гелиосферной миссии «Вояджеров» вели регистрацию параметров среды, обусловленных Солнцем. Магнитометр MAG измерял индукцию магнитного поля, плазменная подсистема PLS (только на «Вояджере-2») – параметры солнечного ветра, а детектор заряженных частиц низких энергий LECP – энергетический спектр частиц, приходящих со стороны Солнца. Детектор плазменных волн PWS пытался уловить колебания, идущие со стороны гелиосферы, а детектор космических лучей CRS – построить энергетический спектр космических лучей межзвездного происхождения.

В ноябре 1990 г. магнитометры двух КА регистрировали поле с индукцией 1,3 и 0,75 нТ, а рабочий PLS «видел» солнечный ветер со средней скоростью 450 км/с и плотностью частиц порядка 0,013 на 1 см³. CRS и LECP показывали низкие фоновые значения.

Самым первым сигналом «извне» стало радиоизлучение с пиком мощности в полосе 2–3 кГц, которое детектор плазменных волн PWS на «Вояджере-1» зафиксировал 30 августа 1983 г., а менее чувствительный датчик на «Вояджере-2» – двумя неделями позже. Наиболее заметно оно было в частотном канале 3,11 кГц, очень недолго наблюдалось также в канале 1,78 кГц, а в канале 5,62 кГц отсутствовало. Излучение достигло максимума 12 октября, после чего стало слабеть и к февралю 1984 г. сошло на нет.

В статье в Nature от 1 ноября 1984 г. Уильям Курт, Дональд Гарнетт, Фредерик Скарф и Роберт Пойнтер показали, что излучение отличается спектром от «сигналов» Юпитера и Сатурна и слишком сильно для Урана. Они предположили, что источником килогерцового излучения является внутренняя ударная волна перед гелиопаузой, возбужденная солнечной вспышкой в июле 1982 г., и предварительно «поместили» последнюю на отметку 46 а.е. от Солнца.

Отсюда следовало, что «Вояджер-1» достигнет ее уже в 1991 г. – но это предположение оказалось чересчур оптимистическим. Всего через пять лет, в 1989 г., руководители полета уже говорили, что «Вояджеры» могут пересечь гелиопаузу в 2012 г. «Попадание» было идеальным – и почти случайным.

После 1984 г. килогерцовые сигналы надолго пропали и были вновь зарегистрированы на обоих КА, причем почти одновременно, в августе 1992 г., когда «Вояджер-1» удалился от Солнца на 50 а.е., а «Вояджер-2» – на 38 а.е. На этот раз пик пришелся на декабрь, и после него излучение пошло на убыль. Докладывая об открытии 26 мая 1993 г., ученые группы Гарнетта отметили, что в июне и июле 1991 г. отмечалась очень высокая активность Солнца с выбросом больших объемов плазмы. Через много месяцев солнечные протоны достигли наконец зоны ударной волны. Это привело к росту турбулентности и резкому усилению интенсивности излучения, что и позволило вновь обнаружить его приборами «Вояджеров». По крайней мере, других идей о природе феномена не было.

Дон Гарнетт оценил суммарную мощность сигналов в 10 ТВт и для публики назвал их самым мощным радиоисточником в Солнечной системе. Для специалистов была гораздо важнее оценка расстояния от Солнца до гелиопаузы. По времени от инициирующего события до реакции на него Гарнетт определил дистанцию в 90–120 а.е. Выступая от имени научной группы PLS, Ральф МакНатт привел очень близкую оценку: от 83 до 130 а.е. Местонахождение ударной волны определялось тогда в 70–80 а.е., так что два КА могли достичь ее в 1998–2001 и 2003–2006 гг. соответственно.

В сентябре 1997 г. по случаю 20-летия запуска «Вояджеров» были объявлены новые, не столь оптимистические прогнозы. Представитель группы CRS Алан Каммингс заявил, что ударная волна должна находиться между 62 и 90 а.е. с наиболее вероятным значением 85 а.е. От также отмечал, что, поскольку «Вояджер-1» сейчас находится примерно на 67 а.е. и удаляется на 3,5 а.е. в год, можно ожидать пересечения ударной волны до конца 2003 года.