Донедавна будь-який космічний зонд виконував вимірювання всередині геліосфери, магнітного пузиря, надутого Сонцем. Але 25 серпня 2012 року автоматична міжпланетна станція NASA «Вояджер-1» (Voyager 1) змінила це. Пройшовши межу геліосфери, вона стала першим об’єктом, створеним людиною, який увійшов у міжзоряний простір і почав його вивчати. Тепер, через вісім років своєї міжзоряної подорожі, дані від «Вояджер-1»дозволили отримати нові уявлення про те, яким є цей«прикордонний» район.
Якщо наша геліосфера — це корабель, що пливе міжзоряними водами, то «Вояджер-1» — це рятувальний пліт, який щойно викинули з палуби, щоб оглядати течію. На даний момент будь-яка бурхлива вода, яку він відчуває, здебільшого від слідів нашої геліосфери. Але далі, він відчує хвилювання від джерел, що містяться далів космосі. Врешті-решт, вимірювання мають показати цілковиту відсутність слідів геліосфери.
«У нас є кілька уявлень про те, як далеко потрібно буде дістатися “Вояджеру”, щоб він став бачити, так би мовити, більш чисті міжзоряні води», — сказала Стелла Окер (Stella Ocker), доктор філософії, постдок Корнельського університету в Ітаці, штат Нью-Йорк, і наймолодший член команди «Вояджер». «Але ми не зовсім впевнені, коли досягнемо цього».
Результати дослідження Окер, оприлюднені в журналі NatureAstronomy, вказують на те, що може бути першим неперервним вимірюванням густини речовини в міжзоряному просторі. «Це відкриття дає нам новий спосіб вимірювання щільності міжзоряного простору і відкриває новий шлях для вивчення структури найближчого міжзоряного середовища», — сказала Окер.
Коли хтось говорить про те, що є у просторі між зорями (астрономи називають його «міжзоряним середовищем»), як про своєрідний «суп» з частинок і випромінювання, то може скластися враження — це спокійне й тихе середовище. Це помилкове уявлення.
«Я використав фразу “спокійне міжзоряне середовище”, але ви можете знайти багато місць, які не особливо спокійні», — сказав Джим Кордес (Jim Cordes), фахівець з фізики космосу в Корнельському університеті та співавтор статті.
Як і океан, міжзоряне середовище сповнене бурхливих хвиль. Найбільші спричинені обертанням нашої галактики. Воно створює хвилі довжиною в десятки світлових років. Менші (хоча все ще величезні) хвилі виникають внаслідок вибухів наднових. Між гребенями таких хвиль відстань становить мільярди кілометрів. Найменші брижі, зазвичай, спричиняє Сонце, бо сонячні виверження породжують ударні хвилі, що рухаються крізь міжпланетний простір і пронизують оболонку геліосфери.
Ці хвилі, що затухають, дають підказки про густину речовини міжзоряного середовища — фізичний параметр, що дає нам можливість з’ясовувати форму геліосфери, а також те, як утворюються зорі, й навіть нашого місця в Галактиці. Коли ці хвилі зазнають відбиття у просторі, електрони з міжзоряного середовища дзвенять на характерних частотах, що залежать від того, як ці частинки скупчені. Що вищий тон цього сигналу, то вища електронна густина. Підсистема реєстрації хвиль у плазмі космічного зонда «Вояджер-1» з двох антен «вушка зайчика» (bunny ear), розгорнутих на відстань 10 метрів від космічного апарата, була розроблена для того, щоб почути цей дзвін.
Зображення космічного зонда NASA «Вояджер», що показує антени Підсистеми реєстрації хвиль у плазмі та інші прилади. Фото з сайту NASA.
У листопаді 2012 року, через три місяці після виходу з геліосфери, «Вояджер-1» вперше почув міжзоряні звуки. Через півроку з’явився ще один «свист» — цього разу голосніший і ще вищий. Міжзоряне середовище, здавалося, швидко ставало щільнішим
Цей короткочасний свист з нерегулярними інтервалами простежується в даних «Вояджер-1» досі. Ці сигнали — гарна можливість вивчити щільність міжзоряного середовища, але для цього потрібно трохи терпіння. «Їх реєстрували лише раз на рік, тому покладатися на такі випадкові події означало, що наша мапа густини міжзоряного простору має вигляд окремих клаптиків», — сказала Окер.
Окер вирішила знайти поточне значення середньої густини речовини міжзоряного простору для заповнення прогалин, тобто таке, що не залежить від випадкових ударних хвиль, які поширюються від Сонця. Опрацювавши дані від «Вояджера-1», з метою пошуку слабких, але послідовних сигналів, вона знайшла перспективного кандидата. Він виник в середині 2017 року, приблизно під час чергового свисту.
«Це практично окремий тон», — сказала Окер. «Ми бачимо, як він змінюється з часом, а зміщення частоти говорить нам про те, як змінюється густина».
Розглядаючи сигнали, що ледве голосніші за шум, Окер виявила слабкий, але майже безперервний сигнал (видимий на зображенні як тонка червона лінія), що поєднує сильніші події коливань плазми в даних від Підсистеми реєстрації хвиль у плазмі космічного зонда «Вояджер-1». Сильні сигнали (синій фон) показано на малюнку вгорі, а відфільтровані дані, що відображають слабкі сигнали (емісію в плазмі), — внизу. Фото з сайту NASA.
Окер називає новий сигнал емісією хвиль плазми (plasma wave emission), і він, схоже, також відображає щільність міжзоряного простору. Коли в даних з’являється різкий свист, тон емісії зростає і спадає разом з ним. Сигнал також нагадує сигнал, що спостерігається у верхніх шарах атмосфери Землі, який, як відомо, пов’язаний з електронною густиною в цій частині атмосфери.
«Це справді захоплює, бо ми можемо регулярно вимірювати густину на дуже великій ділянці простору, найдовшій ділянці космосу, яку ми маємо на тепер», — сказала Окер. «Це дає нам найповнішу мапу щільності міжзоряного середовища, яке спостерігав “Вояджер”».
На основі виявленого сигналу науковці дійшли висновку, що густина електронів навколо зонда «Вояджер-1» почала зростати в 2013 р. й досягла нинішніх значень приблизно в середині 2015 року. При цьому густина зросла майже в 40 разів. Здається, космічний апарат перебував у ділянці космічного простору з майже однаковим, проте з деякими коливаннями, значенням густини речовини, на всьому відтинку часу за який науковці аналізували дані і який закінчився на початку 2020 року.
За інф. з сайту www.nasa.gov підготував Іван Крячко
