Рубежи Вояджера

В конце 1977 года человечество сделало громадный шаг к изучению дальнего космоса. С мыса Канаверал при помощи ракет-носителей Титан в своё самое дальнее в истории человечества путешествие были отправлены исследовательские миссии «Вояджер 1» и «Вояджер 2». Кстати, вопреки нумерации, первым стартовал аппарат под номером 2, произошло это 20 августа 1977 года, а через 16 дней, 5 сентября вдогонку был отправлен «номер 1».

Такая нелогичная на первый взгляд нумерация связана с маршрутами кораблей. Вояджер 1 улетел намного дальше своего компаньона (поэтому и «первый»), он первым покидает мир, в котором был создан благодаря более прямолинейному маршруту.

В 2013 году из научных и околонаучных кругов начали поступать сведения о том, что аппарат достиг, наконец, границы Солнечной системы и навсегда удаляется в открытый космос. Так ли это и где они, эти самые границы?

Переполох в обсерваториях и в прессе

Заявление об уходе аппарата из пределов Солнечной системы было сделано некой некоммерческой организацией, занимающейся изучением космоса. Основой этого заявления послужили данные о резком изменении космического излучения, фиксируемого приборами миссии. Однако официальными представителями НАСА эти заявления были опровергнуты.

После этого новости о достижении Вояджером границ Солнечной системы влетали в прессу как из пулемёта. И продолжалось это до тех пор, пока в НАСА таки не признали, уже официально, что Солнечная система для первого аппарата из серии осталась позади. И всё бы ничего, но тут же не менее именитые учёные выступили в прессе с публикациями, из которых следует, что даже наши внуки и пра- пра- правнуки не доживут до того момента, когда это событие произойдёт. Как будто одно противоречит другому… Попробуем разобраться. Обо всём по порядку.

Рубеж первый планеты Солнечной системы

Ещё совсем недавно наша Солнечная система имела границу – орбиту Плутона, считавшегося до 2006 года полноценной планетой. Сейчас последняя «настоящая» планета Солнечной системы – Нептун, удалённый от светила на расстояние около 30 а.е. (а.е. – астрономическая единица, равняется расстоянию от Земли до Солнца – 150 миллионов километров). Радиус орбиты исключённого из компании планет Плутона составляет около 40 а.е., а афелий (самая высшая точка орбиты) самого далёкого из открытых объектов пояса Койпера, планеты с непонятным названием «2007 OR10» около 101 а.е.

Аппарат же по состоянию на январь 2017 года пересёк рубеж в 137 а.е. и продолжает улетать от нас со скоростью около 17 км/с. То есть одну условную границу миссия Вояджер уже преодолела — планеты Солнечной системы (по крайней мере, известные астрономам) остались позади.

Но что же это за космическое излучение, изменение уровня которого так переполошило научный мир? И причём тут граница?

Космическое излучение следующий рубеж

Наша звезда постоянно выбрасывает в окружающий космос потоки частиц, называемые солнечным ветром. Его основа – это:

• электроны, элементарные частицы с атомной массой около нуля и зарядом – 1;
  протоны, элементарные частицы с атомной массой 1 и зарядом +1;
  нейтроны, элементарные частицы с атомной массой 1 и зарядом 0;
  альфа-частицы, лишённые электронных оболочек ядра гелия, состоящие из двух протонов и двух нейтронов, имеющие атомную массу +4 и положительный заряд +2.

Нейтроны благодаря отсутствию заряда и компактности улетают в окружающее пространство, не встречая на своём пути никаких препятствий. Другое дело – потоки протонов и альфа-частиц. Состоящие из них положительно заряженные облака уносятся от Солнца со скоростью от 300 до 1200 км/с. Именно ими вызываются так называемые магнитные бури на Земле, и полярные сияния.

А что же происходит с солнечным ветром дальше, за пределами орбиты Земли, когда все планеты Солнечной системы позади и впереди только звёзды? Он так же продолжает свой бег? Вот тут не всё так просто.

Солнце – далеко не единственная и совершенно точно не самая большая и мощная звезда в космосе. Плазменный ветер летит буквально отовсюду, он принизывает каждую точку, создавая в межзвёздном пространстве некий постоянный фон из заряженных частиц, снующих туда-сюда во всех направлениях.

Но в пределах орбит известных нам планет, заряженные частицы, излучаемые Солнцем, буквально выдавливают чужаков. Это им с успехом удаётся благодаря высокой энергии. Однако, удаляясь от Солнца, с каждым километром солнечный ветер постепенно теряет свою мощь.

Ведь с одной стороны на него действует сила импульса, полученного у поверхности светила, с другой – сила притяжения родной звезды, которая тянет «беглецов» обратно, замедляя их ход, а с третьей – постепенное сопротивление галактического радиационного фона. Наконец на некотором расстоянии от Солнца сила «наших» заряженных частиц уравнивается с силой заряженного ветра из дальнего космоса. Плотность плазмы на этой границе резко повышается. Это происходит из-за столкновения потоков, идущих навстречу друг другу и как следствие – замедлению скорости частиц, этакая космическая «транспортная пробка».

Именно это изменение в силе и направлении звёздных ветров, уплотнение межзвёздного вещества и зарегистрировали приборы аппарата Вояджер 1.

В зону уплотнения, именуемой астрономами гелиопаузой, считающейся границей исключительно зоны влияния Солнца и достиг аппарат в 2012 году. По расчётам учёных к 2025 году миссия должна преодолеть гелиопаузу и выйти в открытое пространство, где Солнечный ветер полностью уступает инициативу межзвёздному.

Прощаемся с транснептуневыми объектами

Итак, Вояджер 1, преодолев солнечную гравитацию, удалившись от последних планет системы, пройдя сквозь плазменный щит, продолжает удаляться. Что ждёт его впереди. А впереди последний рубеж – внешние оболочки солнечной семьи. Это скопление в основном ледяных объектов разных размеров. Не похожее на те, что находятся ближе к нам.

Сразу за орбитой последней полноценной планеты – Нептуна в 30 а.е. от светила начинается так называемый пояс Койпера. Его внешняя граница лежит в 55 а.е. от Солнца. Объекты, составляющие пояс – в основном мелочь по космическим меркам до километра в диаметре, но встречаются и достаточно крупные, такие как Плутон, Седна, Макемаке, Эрис и другие массивные транснептуневые объекты. Но особенность, не в их размерах, а в их орбитах.

Все космические тела, находящиеся внутри орбиты Нептуна, включая и сам Нептун, вращаются вокруг Солнца почти строго в одной плоскости, являющейся продолжением солнечного экватора, называемой эклиптика. Орбиты всех планет – почти идеальные окружности.

Объекты пояса Койпера – другое дело, их орбиты сильно наклонены к плоскости эклиптики. Угол наклона может достигать 20, 30 или даже в некоторых случаях 40°. Другая особенность орбит – сильный эксцентриситет (разница между высшей и ближайшей точками орбиты). Самый простой пример – бывшая планета Плутон. В перигелии он приближается к Солнцу даже ближе Нептуна – на 29 а.е., зато наиболее удалённая точка его орбиты (афелий) отстоит от звезды на 49 а.е., а наклон его орбиты к плоскости эклиптики больше 17°.

Таким образом, с удалением от Солнца планетный диск постепенно превращается в торообразное (форма бублика) облако. Как мы уже писали, этот рубеж Вояджерами уже оставлен позади. А что впереди – кометное облако Оорта.

Последний рубеж

Если продолжить наш путь от Солнца, то и пояс Койпера начнёт меняться. Орбиты объектов (в основном это будут кометы, состоящие из замерзших воды и газов) становятся всё более удлинёнными. А средний наклон их орбит к эклиптике постепенно возрастает. И, наконец, мы достигаем таких областей, где орбиты космических тел, вращающихся вокруг Солнца, в принципе не лежат в какой-либо плоскости, а расположены хаотично в пространстве, образуя гигантский шар – кометное облако Оорта.

А ещё орбиты большинства тел, образующих облако, сильно вытянуты. Наибольшее время они проводят на максимальном удалении от Солнца – от 20 до 50 тысяч(!) а.е., так как их скорости здесь по космическим меркам просто черепашьи – до 1…2 метров в секунду. Затем комета под действием солнечной гравитации «падает» во внутренние области системы, иногда приближаясь к звезде ближе Венеры или даже Меркурия.

Проводит комета в гостях немного времени, так как скорость её во время таких посещений возрастает в тысячи и десятки тысяч раз до нескольких километров или даже десятков километров в секунду. А после, раскрученный притяжением светила как пращой, комок льда и замороженных газов возвращается «домой» в облако Оорта, чтобы провести в компании себе подобных несколько сотен или даже тысяч лет.

К сожалению прямых доказательств существования этого космического чуда в настоящее время нет. О его существовании косвенно говорят лишь расчёты орбит неизвестных ранее комет, периодически посещающих наши области Солнечной системы. Вот туда в настоящее время и движется сделанный руками людей космический зонд. Внутренних слоёв кометного облака Вояджеры достигнут по некоторым расчётам через 30 тысяч (!) лет. Но люди, к сожалению, не получат об этом увлекательном путешествии никакой информации. В 2025 году напряжение, вырабатываемое атомными батареями, питающими станцию, упадёт до критического значения, да и сигнал на таком расстоянии сфокусировать и транслировать на Землю просто нереально.

А что же дальше?

С отставанием в несколько лет за аппаратом Вояджер 1 удаляется от нашего светила и Вояджер 2. Вскоре исчезнет связь с Землёй, Солнечная система навсегда останется позади. Спустя тысячи лет, когда уже не станет в живых даже потомков инженеров и учёных, создавших эти прекрасные машины, будут молчать все приборы, никаких признаков жизни не будут подавать атомные батареи. А аппараты будут лететь и лететь, пока их не захватит гравитация какой-нибудь звезды или блуждающей в космосе планеты-изгоя. Но случится это, если этому суждено случиться вовсе, не раньше чем через миллионы лет.