„Вояджър“ засече увеличение на плътността в космическото пространство отвъд Слънчевата система

През ноември 2018-а, след близо 41-годишно епично пътешествие, „Вояджър 2“ най-накрая пресече границите, маркиращи края на слънчевото влияние, и навлезе в междузвездното пространство. Мисията на тази малка космическа сонда обаче все още не е приключила – в момента тя изпраща информация към нас за пространството отвъд Слънчевата система. И данните са изненадващи – колкото повече „Вояджър 2“ се отдалечава от нашата звезда, толкова по-голяма става плътността на Космоса.

Това не е първият път, в който е засечено подобно увеличение. „Вояджър 1“, който навлезе в междузвездното пространство през 2012-а, откри подобен плътностен градиент на друго място.

Новите данни на „Вояджър 2“ показват, че откритието на „Вояджър 1“ не само, че е било легитимно, но че и увеличението на плътността вероятно е нещо обичайно в локалната междузвездна среда (VLIM).

Пределът на Слънчевата система може да се определи по няколко различни граници, но тази, която сондите „Вояджър“ пресичат, е известна като хелиопауза и се очертава от слънчевия вятър.

Това е постоянен свръхзвуков вятър от йонизирана плазма, който се отделя от Слънцето във всички посоки. Хелиопаузата е там, където силата на този вятър е по-малка от необходимата за изтласкването на междузвездния газ. Разстоянието до нея не е известно с точност и вероятно варира според моментната скорост на слънчевия вятър и локалната плътност на междузвездната среда. Известно е със сигурност, че местоположението ѝ е далеч отвъд орбитата на Плутон.

Мястото в хелиопаузата се нарича хелиосфера, а пространството отвъд – VLIM. Хелиосферата обаче не е кръгла сфера. Тя по-скоро е овална – Слънчевата система е в единия ѝ край, а в другия има своеобразна опашка; „носът“ сочи към посоката на орбитата на Слънчевата система в Млечния път.

И двата космически апарата пресичат хелиопаузата при носа, но с разлика от 67 градуса по отношение на хелиографска височина и 43 градуса разлика по географска дължина.

По начало Космосът се разглежда като един вакуум, но не е точно такъв – не и в пълния смисъл на тази дума. Плътността на материята е изключително ниска, но тя все пак съществува. В Слънчевата система средната плътност на протоните и електроните в слънчевия вятър е от 3 до 10 частици на кубичен сантиметър. Колкото повече се отдалечаваме от Слънцето, толкова по-малка става тя.

Това означава, че според нашите изчисления плътността на електроните в междузвездната среда в Млечния път – някъде там, сред звездите – е около 0.037 частици на кубичен сантиметър. А плътността на плазмата във външната хелиосфера е около 0.002 електрона на кубичен сантиметър.

След като сондите „Вояджър“ пресичат хелиопаузата, техните инструменти Plasma Wave Science засичат плътността на електроните на плазмата посредством осцилациите на плазмата.

„Вояджър 1“ прекосява хелиопаузата на 25 август 2012-а – на разстояние от 121.6 астрономически единици от Земята (т.е. 121.6 пъти разстоянието между Земята и Слънцето или около 18.1 млрд. км).

Сондата измерва осцилациите на плазмата за първи път на 23 октомври 2013-а – на 122.6 астрономически единици (18.3 млрд. км). Оказва се, че плътността на плазмата е 0.055 електрона на кубичен сантиметър.

„Вояджър 2“, която минава по доста по-дълъг маршрут край Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, прекосява хелопаузата на 5 ноември 2018-а – на разстояние от 119 астрономически единици (17.8 млрд. км). Сондата измерва осцилациите на плазмата на 30 януари 2019-а на разстояние 119.7 астрономически единици (17.9 млрд км) и открива, че плътността на електроните е 0.039 – стойност, много близка до тази, измерена от „Вояджър 1“.

Инструментите и на двете сонди отчитат увеличение в плътността. След като изминава още 20 астрономически единици (2.9 млрд. км), „Вояджър 1“ увеличение с около 0.13 електрона на кубичен сантиметър.

Измерванията обаче, направени от „Вояджър 2“ през юни 2019-а, показват много по-рязко увеличение в плътността – с около 0.12 електрона на кубичен сантиметър (при разстояние от 124.2 астрономически единици или 18.5 млрд. км).

На фона на това, че плътността на електроните в плазмата при земното атмосферно налягане е 10^13 на кубичен сантиметър, подобно увеличение може и да изглежда миниатюрно, но въпреки това е достатъчно голямо, че да предизвика нашия интерес. Най-вече, защото на този етап нямаме представа на какво се дължи.

Според една от теориите линиите на междузвездното магнитно поле се увеличават отвъд хелиопаузата. Този облак генерира електромагнитна йонно-циклотронна нестабилност, която се отразява пряко на плазмата в региона. Факт е, че „Вояджър 2“ при пресичането си на хелиопаузата е засякъл много по-силно магнитно поле, отколкото сме очаквали.

Според друга теория скоростта на материала, изхвърлян от междузвездния вятър, се забавя при хелиопаузата и образува своеобразно „задръстване“. Вероятно тъкмо това е било засечено през 2018-а от сондата „Нови хоризонти“, кръстосваща пространството отвъд Слънчевата система.  Тогава тя се натъква на бледо ултравиолетово сияние, което изглежда е резултат от натрупването на неутрален водород при хелиопаузата.

Възможно е, разбира се, и двете теории да играят някаква роля. Междувременно и двете сонди „Вояджър“ ще трябва да направят допълнителни измервания. Това обаче определено ще отнеме време.

Изследването е публикувано в The Astrophysical Journal Letters..