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

Условия в пути сильно отличались от встреченных «Вояджером-1». Солнечный ветер не стих совсем, а лишь замедлился до 120–170 км/с и постепенно повернул на 60° от радиального направления в сторону хвоста гелиосферы. Плотность плазмы с 2012 по 2017 г. колебалась вблизи отметок 0,0015–0,0020 см^-3, ее температура стабилизировалась на уровне 5 × 10⁴ К. Многократно регистрировались глубокие провалы в концентрации энергичных электронов, чего не отмечалось на первом аппарате; концентрация ионов при этом тоже снижалась, но довольно слабо.

Как научное сообщество, так и заинтересованные любители с интересом следили за данными и графиками, генерируемыми подсистемой космических лучей CRS, – одним из ключевых приборов на борту аппарата. Как мы помним, они отображали поток ионов низких энергий солнечного происхождения (энергетический канал 0,5 МэВ) и межзвездных ионов с высокой энергией (70 МэВ) по данным телескопов LET и HET соответственно. По опыту «Вояджера-1», счет межзвездных частиц должен был пойти вверх, а солнечных – резко обвалиться.

5 октября 2018 г. JPL объявила, что с конца августа начался рост числа частиц высоких энергий на CRS, составивший уже 5 %. Специализированный прибор LECP для регистрации частиц низких энергий как будто подтверждал, что ситуация меняется. 16 октября на заседании комитета по солнечной и космической физике новый глава Отделения астрофизики в головном офисе NASA Никола Фокс сообщил, что эксперты ожидают прохождения гелиопаузы в ближайшие 90 суток.

В отличие от своего собрата, «Вояджер-2» имел исправный детектор PLS и мог непосредственно измерить три компоненты электрического тока, по которым далее вычислялись плотность, температура и скорость движения плазмы. Графики силы тока пошли вниз с начала октября и достигли минимума 5 ноября: поток солнечного ветра прекратился! В этот же день на CRS начался обвал потока солнечных ионов и ускорился рост числа межзвездных 70-МэВных частиц. Как и на «Вояджере-1» в августе 2012 г., падение потока солнечных ионов перемежалось краткосрочными подъемами и заняло около месяца, закончившись в первых числах декабря. Тогда же установился на новом уровне и поток межзвездных частиц – всего на 8 % больше, чем вокруг первого аппарата, хотя их уже разделяли многие миллиарды километров. Данные магнитометра и специализированного прибора LECP для регистрации частиц низких энергий подтвердили: гелиопауза пройдена.

NASA приурочило официальное заявление к осенней сессии Американского геофизического союза в Вашингтоне. 10 декабря научный руководитель проекта Эдвард Стоун объявил, что «Вояджер-2» пересек гелиопаузу 5 ноября 2018 г. на расстоянии 119,0 а.е. от Солнца, что соответствовало 17,8 млрд км. На прохождение гелиослоя он затратил 134 месяца – в полтора раза больше напарника, но точка выхода оказалась чуть ближе к светилу.

Менеджер проекта в JPL Сюзанна Додд отметила, что все счастливы и почувствовали облегчение оттого, что оба аппарата «Вояджер» проработали достаточно долго, чтобы достичь этого рубежа и теперь с нетерпением ждут, что смогут узнать, имея оба зонда за гелиопаузой. Эд Стоун сформулировал ожидания ученых более четко: «Предстоит еще многое узнать о межзвездном пространстве непосредственно за пределами гелиопаузы».

Интересная загадка, например, связана с плотностью межзвездной среды в этой зоне. «Вояджеры» не способны измерить протонную компоненту, но могут определить плотность электронной плазмы, а из общих соображений количество частиц обоих знаков в единице объема должно быть примерно одинаковым.

До пересечения магнитопаузы «Вояджером-2» плотность плазмы определялась напрямую из данных плазменного инструмента PLS. С прохождением границы, однако, энергия частиц снизилась настолько, что такие измерения перестали давать надежную информацию. Поэтому и на втором аппарате остался лишь косвенный способ оценки плотности плазмы – по частоте ее осцилляций, вызванных эпизодическими солнечными событиями и регистрируемых плазменно-волновым прибором PWS. Частота осцилляций вычислялась по наличию и интенсивности радиоизлучения в трех каналах прибора (1,78, 3,11 и 5,62 кГц), а затем пересчитывалась в электронную плотность.

Соответствующие данные для «Вояджера-2» Дональд Гарнетт и Уильям Курт опубликовали в Astrophysical Journal Letters за 25 августа 2020 г. Первое солнечное событие после пересечения гелиопаузы было зарегистрировано 30 января 2019 г. на расстоянии 119,7 а.е. от Солнца и принесло оценку плотности 0,039 частиц на 1 см³. Второе возмущение достигло пика 26 июня 2020 г. на отметке 124,2 а.е. и выявило более чем двукратный рост плотности плазмы – до 0,087 см^-3.

Как мы помним, аналогичная картина наблюдалась и на «Вояджере-1»: за магнитопаузой измеренная плотность выросла с 0,055 на отметке 122,6 а.е. в октябре 2012 г. до 0,08 на расстоянии 123,8 а.е. в апреле 2013 г., а затем продолжала медленно увеличиваться, достигнув 0,13 см^-3 в 2017 г. на удалении 140 а.е. от светила.