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

Только после этого, с 28 января 2005 г., была вновь активирована программа AHELI1 и возобновлена запись дополнительных форматов GS-4B. В течение пяти следующих месяцев специалисты сопоставляли данные различных приборов и ждали – не вернется ли все обратно. Однако резкие скачки интенсивности заряженных частиц прекратились, сменившись ростом количества ускоренных межзвездных ионов. Кривая солнечных 0,5-МэВных протонов сначала выдала короткий всплеск, а с 10 января также пошла вверх уверенно и неуклонно.

Скорость солнечного ветра, близкая к 100 км/с в период с 17 декабря по 18 января, снизилась до нуля и даже сменила направление на обратное, чего вообще никто не ожидал. Не наблюдалось также резкого роста аномальных космических лучей: атомов гелия с энергией 20 МэВ оказалось лишь 10 %, а кислорода с энергией 4 МэВ – 5 % от ожидаемого количества.

Индукция магнитного поля оставалась высокой, а вот поведение его во времени изменилось. До декабря 2004 г. аппарат хорошо чувствовал «пульс» Солнца – за 26-суточный период его вращения магнитное поле дважды меняло полярность. После этой даты скорости движения солнечного вещества и «Вояджера» стали сопоставимы, и период смены полярности растянулся более чем на 100 суток.

24 мая 2005 г. NASA объявило, что в декабре «Вояджер-1» прошел через ударную волну в гелиослой, а 23 сентября статьи об этом событии были опубликованы в Science.

Тем временем в июне 2005 г. появились пики в данных канала 0,5 МэВ на «Вояджере-2» – аппарат входил в зону форшока на расстоянии 76 а.е. от Солнца. Заряженные частицы солнечного происхождения начали возвращаться, как будто их отталкивали межзвездные частицы. Этот процесс стал заметен на 9 а.е. ближе к Солнцу, чем на первом КА. Как следствие, 23 мая 2006 г. Эд Стоун заявил, что на траектории «Вояджера-2» ударная волна находится ближе к Солнцу и что она будет пройдена в 2007 г.

Действительно, в мае 2007 г. пики на графиках стали быстро вытягиваться, и одновременно с 9 июня фиксировалось замедление солнечного ветра от исходного уровня около 375 км/с. И вот в самом конце августа на отметке 83,7 а.е. «Вояджер-2» встретил «свою» ударную волну!

На этот раз ученые не пропустили уникальное событие – Земля принимала 160-битный поток данных по 12 часов ежесуточно с центром около гринвичской полуночи. Как и ожидалось, граница «ходила» взад и вперед, и за трое суток – с 30 августа по 1 сентября – «Вояджер-2» пересек ее минимум пять раз. Три пересечения были зафиксированы непосредственно в сеансах связи, причем безошибочно, так как прибор PLS сразу показывал скачки скорости, температуры и плотности солнечного ветра, а еще два «вычислили» с учетом направлений трех известных. Сеанс 29–30 августа закончился со скоростью солнечного ветра около 320 км/с, то есть еще до ударной волны. Сеанс 30–31 августа показал медленный ветер на уровне 150 км/с – аппарат ушел за барьер. В уникальном сеансе в ночь на 1 сентября скорость потока солнечного вещества успела подняться до 325 км/с, упасть и еще раз подняться – волна «отхлынула», «накатилась» и «отступила» опять. Наконец, вечером 1 сентября и в последующие дни она была низкой – «Вояджер-2» окончательно вошел в гелиослой.

Удивительное совпадение: 27 августа 2007 г. на «Вояджере-2» активировалась бортовая программа B137, и 31 августа, как раз в то время, когда аппарат проходил ударную волну, она занималась отключением неисправного широкополосного приемника плазменно-волновой системы PWS. Спектроанализатор остался в работе, но его данные уже не нужно было записывать в виде кадров GS-4B. Поэтому вслед за отключением на борт ушла «заплатка» к программе компьютера CCS, отменяющая операции записи данных PWS и их воспроизведение. Последний формат GS-4B на «Вояджере-2» был записан на магнитную ленту 3 сентября и принят на Земле 5 сентября 2007 г. С тех пор устройство DTR на этом аппарате не использовалось, но оставалось запитанным, чтобы предотвратить замерзание соседствующих с ним трубопроводов гидразина.

Сообщение о входе «Вояджера-2» в ударную волну на всякий случай задержали до 10 декабря, а серия научных публикаций в Nature появилась 3 июля 2008 г. В них отмечалось, что второй аппарат достиг этого рубежа на 10 а.е. ближе к Солнцу, чем первый, подтвердив тем самым асимметрию гелиосферы. Ее причиной назвали давление межзвездного магнитного поля, которое было более сильным к югу от эклиптики. Удалось даже подсчитать, что угол между вектором индукции этого поля и потоком межзвездного вещества должен быть около 60°.

Пройденная ударная волна имела необычные особенности. Ученые ожидали, что замедление солнечного ветра будет сопровождаться значительным увеличением энергии его ионов – до эквивалентной температуры порядка 106 К. Однако приборы показали иную картину: большая часть кинетической энергии была передана в гелиослое ионизированным частицам межзвездного происхождения. Солнечные же протоны «нагрелись» лишь с 104 до 105 К и сохраняли сверхзвуковые скорости на уровне двух Махов, или порядка 125 км/с. Выяснилось также, что «барьер» очень динамичен и постоянно изменяется в силу внутренних процессов.

Магнитометр на «Вояджере-2» и раньше испытывал сильные помехи от служебных систем КА и других приборов, что делало анализ измерений трудным делом. Усиление поля вблизи солнечного максимума 2001 г. немного улучшило положение, но в 2007 г. солнечная активность находилась в минимуме. К тому же 30 ноября 2006 г. произошла беда – в ходе теста компонентов системы ориентации прошли ложные команды на включение прибора IRIS и нагревателей, связанных с механизмом магнитометра. Последние оставались включенными до 4 декабря, из-за чего прибор нагрелся до +130 ℃, его датчики развернулись в нештатное положение и стали показывать магнитное поле на порядок сильнее обычного.

Тем не менее с учетом регулярных калибровок магнитные измерения «Вояджера-2» в целом давали разумные данные, соответствующие движению плазмы. При входе в гелиослой и выходе из него магнитометр выдавал пики до 0,20–0,25 нТ, при нахождении в гелиослое показывал около 0,15 нТ, а в солнечном ветре – от 0,05 до 0,10 нТ.

В июле 2008 г. Эд Стоун заявил, что «Вояджер-1» должен первым пройти гелиослой и достичь гелиопаузы и что это случится через 5–10 лет. К 2010 г. прогноз уточнили: выход в межзвездную среду ожидается в ближайшие четыре – шесть лет. А тем временем теоретики взялись за предсказание свойств вещества этой самой среды!

В декабре 2009 г. Мерав Офер из Университета Джорджа Мейсона на основании данных «Вояджеров» определила силу галактического магнитного поля в 0,4–0,5 нТ и заявила, что именно это поле позволяет «держать форму» Местному межзвездному облаку – структуре размером около 30 св. лет, содержащей атомы водорода и гелия с температурами порядка 6000 K. Гелиосфера Солнца полностью погружена в это облако.

Предполагается, что около 10 млн лет назад поблизости от нас взорвалась группа сверхновых звезд, создав огромный пузырь очень горячего газа. Пузырь полностью окружает наше Местное облако и должен был бы давно разрушить его, но этого не происходит. Температура и плотность вещества в облаке недостаточны для того, чтобы создать нужное противодавление, а вот магнитное поле представляется той «палочкой-выручалочкой», которое сохраняет status quo. Величина этого внешнего для нас поля определяет также размеры и форму магнитосферы Солнца, информацию о которых предоставили «Вояджеры».