Космический аппарат New Horizons зафиксировал замедление солнечного ветра на окраине Солнечной системы
Учёные из Юго-Западного исследовательского института (Southwest Research Institute, SwRI), проанализировав данные космического аппарата NASA New Horizons, получили новые сведения о том, почему солнечный ветер постепенно замедляется по мере удаления от Солнца и приближения к границе Солнечной системы, где начинается межзвёздное пространство. Результаты исследования помогают лучше понять процессы, происходящие на окраинах гелиосферы, а также уточнить условия, с которыми столкнутся будущие космические миссии.
В настоящее время аппарат New Horizons находится примерно в 66 астрономических единицах от Солнца. Одна астрономическая единица соответствует среднему расстоянию между Землёй и Солнцем — около 150 миллионов километров. Исследовательская группа под руководством доктора Хизер Эллиотт изучила изменения скорости солнечного ветра, используя данные прибора Solar Wind Around Pluto (SWAP). Учёные сравнили измерения, выполненные на расстояниях от 21 до 58 астрономических единиц, с показателями, зарегистрированными вблизи Земли.
Как объясняют исследователи, солнечный ветер представляет собой поток заряженных частиц, который покидает Солнце со сверхзвуковой скоростью, достигающей примерно 1,6 миллиона километров в час. По мере движения через внешние области гелиосферы этот поток сталкивается с нейтральными атомами межзвёздного газа, проникающими внутрь Солнечной системы. В результате обмена зарядом эти атомы превращаются в ионы, присоединяются к солнечному ветру и увеличивают его массу, из-за чего поток постепенно теряет скорость.
Предыдущие наблюдения аппаратов New Horizons и Voyager 2 показали, что на расстоянии от 30 до 43 астрономических единиц скорость солнечного ветра уже на 5–10% ниже, чем вблизи Земли. Новые измерения продемонстрировали, что на расстоянии 58 астрономических единиц поток становится медленнее уже на 13–15%. Полученные результаты хорошо согласуются с существующими моделями взаимодействия солнечного ветра с межзвёздным веществом и подтверждают, что влияние Солнца постепенно ослабевает по мере удаления от него.
Однако это замедление остаётся сравнительно небольшим по сравнению с резким снижением скорости, которое ожидается при достижении так называемой ударной границы гелиосферы. В этой области скорость солнечного ветра резко падает до значений ниже локальной скорости звука в плазме. Именно здесь влияние межзвёздного вещества становится особенно сильным. Ранее аппарат Voyager 2 зарегистрировал снижение скорости солнечного ветра примерно на 46% при пересечении этой границы на расстоянии 84 астрономических единиц от Солнца.
По словам Хизер Эллиотт, в конечном итоге солнечный ветер достигает внешних границ гелиосферы — области, в пределах которой Солнце определяет космическую среду. Здесь происходит взаимодействие с межзвёздным веществом, а форма и свойства этих границ напрямую влияют на количество галактических космических лучей, способных проникнуть внутрь Солнечной системы и достичь Земли.
Авторы отмечают, что объединение данных New Horizons с результатами других миссий, включая IBEX, IMAP и Voyager, позволит значительно улучшить понимание устройства внешних областей гелиосферы.
Полученные результаты имеют большое практическое значение для будущих пилотируемых экспедиций за пределами околоземного пространства. Галактические космические лучи считаются одной из наиболее серьёзных угроз для длительных космических полётов, поскольку увеличивают риск развития онкологических заболеваний у космонавтов и способны негативно влиять на работу космической техники. Более точное понимание границ гелиосферы позволит лучше прогнозировать уровень космической радиации, которой будут подвергаться экипажи, спутники и межпланетные аппараты во время экспедиций к Луне, Марсу и ещё более удалённым объектам.
Кроме того, исследование помогает изучать не только Солнечную систему, но и так называемые астросферы — защитные области вокруг других звёзд, аналогичные гелиосфере. Их исследование позволяет лучше понять, как звёзды взаимодействуют с окружающим межзвёздным веществом и как формируются границы их планетных систем.
По словам руководителя научной программы миссии New Horizons Алана Стерна, аппарат остаётся единственным действующим космическим аппаратом, работающим во внешней части гелиосферы. Он продолжает регулярно передавать уникальные данные, которые расширяют знания, полученные ранее благодаря зондам Voyager, и помогают всё лучше понимать устройство окраин Солнечной системы и области за орбитой Плутона.
Исследование в журнале The Astrophysical Journal.