Что обнаружил вояджер за пределами солнечной системы
Эту аномалию «Вояджеры» обнаружили за пределами Солнечной системы: неожиданные открытия
В 2020 году «Вояджер-2» обнаружил нечто удивительное: по мере удаления от Солнца плотность пространства увеличивается.
Аналогичные показатели на Землю передавал «Вояджер-1», который вышел в межзвездное пространство в 2012 году. Данные показали, что увеличение плотности может быть особенностью межзвездной среды.
Солнечная система имеет несколько границ, одна из которых, называемая гелиопаузой, определяется солнечным ветром, а точнее его существенным ослаблением. Пространство внутри гелиопаузы — это гелиосфера, а пространство за ее пределами — это межзвездная среда. Но гелиосфера не круглая. Она больше напоминает овал, в котором Солнечная система находится на переднем крае, а за ней тянется некое подобие хвоста.
Оба «Вояджера» пересекли гелиопаузу на переднем крае, но с разницей в 67 градусов по гелиографической широте и 43 градуса по долготе.
Межзвездное пространство обычно считается вакуумом, но это не совсем так. Плотность материи крайне мала, но она все же существует. В Солнечной системе солнечный ветер имеет среднюю плотность протонов и электронов от 3 до 10 частиц на кубический сантиметр, но она тем ниже, чем дальше от Солнца.
Согласно подсчетам, средняя концентрация электронов в межзвездном пространстве Млечного пути составляет около 0,037 частиц на кубический сантиметр. А плотность плазмы во внешней гелиосфере достигает примерно 0,002 электрона на кубический сантиметр. Когда зонды «Вояджер» пересекли гелиопаузу, их приборы регистрировали электронную плотность плазмы посредством плазменных колебаний.
«Вояджер-1» пересек гелиопаузу 25 августа 2012 года на расстоянии 121,6 астрономических единиц от Земли (это в 121,6 раза превышает расстояние от Земли до Солнца — примерно 18,1 миллиарда км). Когда он впервые измерил плазменные колебания после пересечения гелиопаузы 23 октября 2013 года на расстоянии 122,6 астрономических единиц (18,3 миллиарда км), то обнаружил плотность плазмы на уровне 0,055 электронов на кубический сантиметр.
Пролетев еще 20 астрономических единиц (2,9 миллиарда километров) «Вояджер-1» сообщил об увеличении плотности межзвездного пространства до 0,13 электрона на кубический сантиметр.
«Вояджер-2» пересек гелиопаузу 5 ноября 2018 года на расстоянии 119 астрономических единиц (17,8 миллиарда километров. 30 января 2019 года он измерил плазменные колебания на расстоянии 119,7 астрономических единиц (17,9 миллиарда километров), обнаружив, что плотность плазмы составляет 0,039 электронов на кубический сантиметр.
В июне 2019 года Приборы «Вояджера-2» показали резкое увеличение плотности до примерно 0,12 электронов на кубический сантиметр на расстоянии 124,2 астрономических единиц (18,5 миллиарда километров).
Чем вызвано увеличение плотности пространства? Одна из теорий заключается в том, что силовые линии межзвездного магнитного поля становятся сильнее по мере удаления от гелиопаузы. Это может вызывать электромагнитную ионную циклотронную неустойчивость. «Вояджер-2» действительно обнаружил усиление магнитного поля после пересечения гелиопаузы.
Другая теория гласит, что материал, уносимый межзвездным ветром, должен замедляться в районе гелиопаузы, образуя подобие пробки, о чем свидетельствует обнаруженное зондом «Новые горизонты» в 2018 году слабое ультрафиолетовое свечение, вызванное накоплением нейтрального водорода в гелиопаузе.
Что «Вояджер 2» обнаружил в глубинах космоса за пределами Солнечной системы
Voyager 1 и 2 были запущены в августе и октябре 1977 года соответственно, и должны были исследовать отдаленные уголки Солнечной системы и пространство за ее пределами. Эта миссия в результате подарила нам огромное количество знаний о далеких планетах и снимки ранее неизвестных лун. Даже спустя свыше 40 лет после их запуска, космические корабли продолжают предоставлять ученым беспрецедентную информацию о том, как устроена Вселенная.
Звездный ветер
В 2012 году Voyager 1 стал первым космическим кораблем, достигшим межзвездного пространства. В прошлом году Voyager 2 присоединился к своему коллеге, достигнув границы системы – эта дистанция в 119 раз больше расстояния от Земли до Солнца. По словам исследователей, переход от нашей солнечной системы к межзвездному пространству может занять менее одного дня. Данные об успехе Voyager 2 были опубликованы 4 ноября в серии из пяти статей в журнале Nature Astronomy.
Космическое излучение пытается проникнуть в нашу звездную систему, но достигает Земли лишь 30%. Voyager 1 и 2 смогли изучить изменения в магнитных полях внутри и вне нашей солнечной системы.
Два космических корабля достигли межзвездного пространства в разные периоды солнечной активности, что означает, что условия вдоль границы заметно отличались друг от друга. Voyager 1 достиг межзвездной границы во время солнечного минимума, в то время как Voyager 2 сделал это во время солнечного максимума, периода повышенной активности звезды. Исследователи также обнаружили, что солнечный материал «просачивался» в межзвездную среду. «Эта ситуация сильно отличалась от того, что произошло с Voyager 1, где следы вещества почти не наблюдались», рассказал Том Кримигис из Лаборатории прикладной физики Джона Хопкинса на пресс-конференции 31 октября.
В случае с Voyager 1 команда увидела противоположный эффект: межзвездные частицы активно просачивались в нашу систему. Исследователи надеются вновь проанализировать данные в ближайшем будущем, чтобы понять, как и почему эти частицы выскальзывают из «захвата» Солнечной системы.
Тайны космоса
Еще одним удивительным открытием стал тот факт, что направление магнитных полей как внутри, так и снаружи гелиопаузы было выровнено, как и в случае с Voyager 1. Леонард Бурлага из NASA пояснил, что дважды увидеть такое выравнивание – огромная редкость для астрономов. Voyager 2 также обнаружил, что в межзвездном пространстве сила магнитного поля была выше.
Сама гелиопауза оказалась намного тоньше и более гладкой, чем ожидалось. Также выяснилось, что межзвездная среда, спрятанная вблизи пограничного слоя, где встречаются солнечные и межзвездные ветры, намного более горячая и непредсказуемая, чем считалось ранее. Стало ясно, что и сам пограничный слой может быть более сложным, с несколькими субслоями различной температуры, плотности и скорости движения частиц.
Миссии Voyager 1 и 2 осталось около пяти лет, прежде чем корабли исчерпают ресурс своих научных инструментов. Многое еще лишь предстоит исследовать, так что расшифровка данных подогревает интерес исследовать межзвездное пространство еще быстрее, дальше и глубже.
Кстати, у нас есть канал в Telegram, где можно почитать о самых свежих и интересных новостях из мира науки и техники.
Странная планета
just import internet
«Вояджеры» обнаружили более плотный космос вне Солнечной системы
В ноябре 2018 года после 41-летнего путешествия «Вояджер-2» пересек границу, за которой влияние Солнца заканчивается, и вышел в межзвездное пространство. Но миссия маленького зонда еще не завершена — он продолжает делать удивительные открытия
Возможно, зонды обнаружили некое подобие пробки на границе Солнечной системы. Полет «Вояджеров» продолжается и скоро мы узнаем, что это было.
«Вояджер-2» обнаружил нечто удивительное: по мере удаления от Солнца плотность пространства увеличивается.
Аналогичные показатели на Землю передавал «Вояджер-1», который вышел в межзвездное пространство в 2012 году. Новые данные показали, что увеличение плотности может быть особенностью межзвездной среды.
Солнечная система имеет несколько границ, одна из которых, называемая гелиопаузой, определяется солнечным ветром, а точнее его существенным ослаблением. Пространство внутри гелиопаузы — это гелиосфера, а пространство за ее пределами — это межзвездная среда. Но гелиосфера не круглая. Она больше напоминает овал, в котором Солнечная система находится на переднем крае, а за ней тянется некое подобие хвоста.
Оба «Вояджера» пересекли гелиопаузу на переднем крае, но с разницей в 67 градусов по гелиографической широте и 43 градуса по долготе.
Межзвездное пространство обычно считается вакуумом, но это не совсем так. Плотность материи крайне мала, но она все же существует. В Солнечной системе солнечный ветер имеет среднюю плотность протонов и электронов от 3 до 10 частиц на кубический сантиметр, но она тем ниже, чем дальше от Солнца.
Согласно подсчетам, средняя концентрация электронов в межзвездном пространстве Млечного пути составляет около 0,037 частиц на кубический сантиметр. А плотность плазмы во внешней гелиосфере достигает примерно 0,002 электрона на кубический сантиметр. Когда зонды «Вояджер» пересекли гелиопаузу, их приборы регистрировали электронную плотность плазмы посредством плазменных колебаний.
«Вояджер-1» пересек гелиопаузу 25 августа 2012 года на расстоянии 121,6 астрономических единиц от Земли (это в 121,6 раза превышает расстояние от Земли до Солнца — примерно 18,1 миллиарда км). Когда он впервые измерил плазменные колебания после пересечения гелиопаузы 23 октября 2013 года на расстоянии 122,6 астрономических единиц (18,3 миллиарда км), то обнаружил плотность плазмы на уровне 0,055 электронов на кубический сантиметр.
Пролетев еще 20 астрономических единиц (2,9 миллиарда километров) «Вояджер-1» сообщил об увеличении плотности межзвездного пространства до 0,13 электрона на кубический сантиметр.
«Вояджер-2» пересек гелиопаузу 5 ноября 2018 года на расстоянии 119 астрономических единиц (17,8 миллиарда километров. 30 января 2019 года он измерил плазменные колебания на расстоянии 119,7 астрономических единиц (17,9 миллиарда километров), обнаружив, что плотность плазмы составляет 0,039 электронов на кубический сантиметр.
В июне 2019 года Приборы «Вояджера-2» показали резкое увеличение плотности до примерно 0,12 электронов на кубический сантиметр на расстоянии 124,2 астрономических единиц (18,5 миллиарда километров).
Чем вызвано увеличение плотности пространства? Одна из теорий заключается в том, что силовые линии межзвездного магнитного поля становятся сильнее по мере удаления от гелиопаузы. Это может вызывать электромагнитную ионную циклотронную неустойчивость. «Вояджер-2» действительно обнаружил усиление магнитного поля после пересечения гелиопаузы.
Другая теория гласит, что материал, уносимый межзвездным ветром, должен замедляться в районе гелиопаузы, образуя подобие пробки, о чем свидетельствует обнаруженное зондом «Новые горизонты» в 2018 году слабое ультрафиолетовое свечение, вызванное накоплением нейтрального водорода в гелиопаузе.
40 лет полёта «Вояджеров». Скоро они замолчат навсегда
40 лет назад ученые Земли отправили в далекий полет две межпланетные станции, которые получили названия «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Эти станции идентичны, различает их лишь название и время запуска.
Станцию «Вояджер-2» запустили 20 августа 1977 года, её близнеца — 5 сентября того же года. До сорокалетия «Вояджера-1» осталось подождать еще пару недель. Путаницы с нумерацией зондов нет, поскольку специалисты изначально запланировали, что «Вояджер-1» должен обогнать своего собрата. Так и получилось: зонд с номером один смог вырваться вперед между орбитой Марса и поясом астероидов.
Обе станции направились по разным маршрутам, что позволило им войти в историю. «Вояджер-1» на данный момент — самый удаленный от нашей планеты объект, созданный человеком. А «Вояджер-2» — первый и единственный пока зонд, который смог нанести визит сразу четырем планетам-газовым гигантам Солнечной системы: Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну.
«Вояджер-1» — не только самый удаленный от Земли рукотворный объект, но и самый быстрый. Его скорость составляет 17 км/с. Сейчас он находится на расстоянии в 139 астрономических единиц, это 21 миллиард километров. Данные полета обоих «Вояджеров» постоянно обновляются на специальной странице Лаборатории реактивного движения НАСА.
Границы Солнечной системы
Говорят, что «Вояджер-1» покинул границы Солнечной системы. Это случалось не единожды. Ученые несколько раз анонсировали, что зонд «уже точно» покинул нашу систему, после чего оказывалось, что это все-таки не так.
Над трудностью определения космических рекордов шутил комикс xkcd. Количество раз, которые «Вояджер-1» покинул границы Солнечной системы, xkcd:1189
Границы были нащупаны в 2012 году. В это время аппарат вошел в зону гелиопаузы, где давление солнечного ветра уравновешивает давление межзвездной среды. Сама гелиосфера — это область околосолнечного пространства, где солнечный ветер всё ещё преобладает над “галактическим ветром” — потоком частиц межзвёздной среды.
В 2013 году несколько раз сообщалось, что «Вояджер-1» вышел за границы влияния Солнца, и в сентябре того же года поступило подтверждение.
Таким образом, зонд все же оказался в межзвездном пространстве. Окончательно ученые убедились в этом лишь в 2014 году. Сейчас плазма, которая окружает зонд, примерно в 40 раз более плотная, чем это было в пределах Солнечной системы.
Надо заметить, что ученые, говоря о том, что аппарат покинул систему, говорят именно о гелиосфере. Если же говорить о выходе за пределы орбиты небесных тел, которые вращаются вокруг Солнца, то этого еще не произошло. Зонд не достиг еще орбиты Седны, транснептунового объекта, не говоря об облаке Оорта. Это облако, «населенное» долгопериодическими кометами, считается внешним краем Солнечной системы.
Набор скорости
Для того, чтобы аппараты смогли набрать достаточную скорость, их запускали при помощи тяжелой ракеты Titan 3E с дополнительной четвертой ступенью. Первая и вторая ступень была заправлена азотным тетраоксидом и аэрозином. В третьей ступени использовался жидкий водород и кислород, а в четвертой уже твердое топливо.
Особенности зондов
Ученые учли, что через несколько лет после старта «Вояджерам» не хватит энергии солнечных панелей для работы всех систем. Поэтому каждый из аппаратов оснащен сразу тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами, мощность которых на момент запуска составляла 470 Ватт. Сейчас из-за полураспада мощность уже ниже — около 300 Ватт. С течением времени она будет падать. Считается, что уже через несколько лет получаемой зондами энергии будет не хватать для нормальной работы, так что системы продолжат путь в радиомолчании.
Конструкция устройств также предусматривает наличие трех типов компьютеров. Первый служит для управления научными инструментами и приборами, второй — управляет полетами, третий — командный. Для резервирования компьютеров каждого типа установлено по два.
Работа над созданием «Вояджера» продолжается (9 июля 1976), НАСА
Весточка Земли
40 лет назад конструкторы, которые разрабатывали зонды, захотели связаться с инопланетным разумом. Авторы проекта заложили в аппараты весточку от землян.
Главное, что хотели указать ученые в сообщении — местоположение Земли. Это и было сделано путем создания специфической карты, где основные ориентиры — это пульсары. Всего их четырнадцать, и каждый обладает уникальными характеристиками. Инопланетной цивилизации, которая сможет перехватить «Вояджер» (любой из них) об особенностях пульсаров должно быть известно. Каждый из них существует миллионы лет, так что это достаточно надежный маяк, который будет работать еще очень долго. Инопланетный разум сможет понять, где находится Земля и через миллион лет. Возможно, некоторые пульсары могут существовать несколько миллиардов лет. Все они быстро вращаются, плюс имеют уникальный «профиль» импульсов электромагнитного излучения. Задержка между импульсами тоже уникальна. В итоге пульсары решили считать «космическими маяками», и составить карту на основе именно пульсаров.
Длина линий, которые соединяют каждый пульсар с Солнцем (это центральный элемент на карте) показывают, насколько далеко каждый из них находится от нашей звезды. Скорость вращения пульсаров записана в бинарном коде, так что все данные удалось сократить всего до 12 символов. Помимо местоположения Земли, карта способна дать понимание того, когда был запущен зонд.
Информация, о которой идет речь, была записана на золотых пластинах. Автором карты является Фрэнк Дрейк. Его дочь, Кетрин Деннинг, говорит, что ученые во время подготовки карты и изготовления золотых пластин не особо спорили на тему возможных рисков контакта с «братьями по разуму». Сейчас, кстати, Деннинг занимается изучением плюсов и минусов отправки сообщений внеземным цивилизациям. Что характерно, сейчас все больше специалистов, не говоря уж об обычных людях, считают, что не стоит пытаться быть услышанными — лучше, как и раньше, просто слушать космос в поисках «родственников».
«Вояджеры» — угроза Земле?
Как уже говорилось выше, все больше людей сейчас склоняется к мысли, что «Вояджеры» представляют собой угрозу для человечества, поскольку они несут информацию о точном местоположении Земли. Эти данные могут быть использованы инопланетным разумом, например, для нападения на нашу планету.
Почему ученые все же решили отправить карту и золотую пластину, где подробнейшим образом рассказывается о жизни на Земле и человечестве? Фрэнсис Дрейк говорит, что когда были запущены «Вояджеры», то ученые даже не знали, существуют ли другие планеты за пределами Солнечной системы. Точнее, большинство специалистов считали, что конечно, они существуют. Но доказательств этому не было.
Сейчас, благодаря телескопу «Кеплер», ученые уже знают, что экзопланеты — это правило для Вселенной, а не исключение, причем землеподобных планет тоже много. В итоге вполне может быть, что жизнь в космосе — тоже правило, а не исключение.
Но поскольку мы даже не представляем о том, что может быть «по ту сторону космоса», то отправлять какие-либо данные о себе может быть крайне необдуманным поступком. «В те годы почти все люди, с которыми я общался, были оптимистами, считающими, что если инопланетяне и существуют, то они, скорее всего, дружелюбны», — заявил недавно Дрейк. «Никто не думал о том, что то, чем мы занимаемся, может быть попросту опасным».
Тем не менее, тот же Дрейк считает, что вероятность того, что карты на борту зондов попадут к внеземной цивилизации, крайне мала. «Они движутся со скоростью более 10 километров в секунду. При этой скорости аппараты смогут добраться до ближайшей звезды лишь через полмиллиона лет, затем еще полмиллиона понадобится для того, чтобы прибыть к другой звезде. И понятно, что они не направлены к конкретному светилу. Они просто летят туда, куда их направили».
Если уж инопланетяне и обнаружат Землю, считает ученый, то по радиошуму и другим признакам существования на планете цивилизации. А вот зонды, скорее всего, будут лететь в тишине Вселенной вечно, оставаясь незамеченными в течение миллионов лет.
Пока аппараты продолжают работать, а значит, они до сих пор присылают на Землю ценнейшие данные о том, что представляет собой дальний космос.
Так что «Вояджеры» — все же благо, а не зло. Они принесли огромную пользу, а вред послания человечества вряд ли возможен.
Что произошло с «Вояджер» за последние 42 года в космосе?
Существует мнение, что зонды Вояджер — лучшее, что сделали представители нашего вида. Вояджеры покинули Землю с мыса Канаверал в 1977 году. С тех пор аппараты передали ученым огромное количество данных о Солнечной системе. Именно благодаря Вояджерам мы знаем так много. В декабре 2018 года зонд Вояджер-2 вышел в межзвездное пространство. Но несмотря на то, что оба аппарата до сих пор отправляют нам данные, оборудование Вояджеров стареет и связь с ними может прерваться в любой момент.
Миссия «Вояджер»
Во время гонки вооружений между СССР и США каждая сторона норовила опередить другую. В 1970-х началась эпоха роботизации космических аппаратов. Первую автоматическая межпланетную станцию «Луна-16» запустили СССР в сентябре 1970 года. Аппарат успешно достиг Луны и вернулся на Землю, доставив ученым лунный грунт.
Ответ NASA не заставил себя долго ждать. В 1972 году в космос взмыл «Пионер-10» — первый аппарат, которым не нужно было управлять. «Пионер» достиг Юпитера и сфотографировал газового гиганта. Пять лет спустя в космос отправились роботизированные аппараты Вояджер с золотой пластиной, прикрепленной корпусу.
Так выглядит золотая пластина Вояджера
На каждую из пластин, согласно идее выдающегося астрофизика и популяризатора науки Карла Сагана, фонографическим способом записана информация о нашей цивилизации. Сделано это на случай, если на пути Вояджера встретятся разумные формы жизни.
А как вам кажется, является ли запуск Вояджеров величайшим достижением человечества? Делитесь своим мнением в нашем Telegram-чате.
Что происходит с «Вояджером» сегодня?
Изначально, целью Вояджеров было изучение Юпитера и Сатурна. В результате аппараты отправили на Землю данные о четырех планетах-гигантах и их спутниках. На протяжении 42 лет Вояджеры отдаляются от Земли. Но даже выйдя за пределы гелиосферы зонды продолжают передавать ученым новые данные.
Однако оборудование стареет. В результате каждый день может стать для Вояджеров последним. Это происходит потому, что двигатели аппаратов изнашиваются, а генераторы вырабатывают примерно на 40% меньше электроэнергии, чем при старте.
Миссия по спасению «Вояджеров»
«Вояджер» собственной персоной
В июле этого года NASA разработали целую программу по поддержанию работоспособности зондов. Чтобы поддерживать Вояджер на ходу, ученым приходится принимать трудные решения. Используя радиоволны, они передают аппаратам разные команды. Так, Вояджер-2 получил инструкции переключиться на резервные двигатели, которые зонд не использовал с 1989 года. Двигатели помогают Вояджеру находится в устойчивом состоянии, а те, которые использовал зонд постепенно выходили из строя.
Неработающие двигатели Вояджера могут привести к тому, что аппарат не сможет держать антенну по направлению к Земле. А это единственная точка связи между зондом и нами. Вояджер-1 также перешел на работу запасных двигателей в прошлом году.
Однако двигатели — не единственная проблема. На аппаратах установлены нагреватели, благодаря которым зонд не замерзает в открытом космосе. Но недавно инженеры отключили нагреватели Вояджера-2. Решение было принято после долгих раздумий — отключение нагревателей позволит зонду экономно расходовать энергию. Отключение было сделано уже после того, как информация о том, что Вояджер покинул Солнечную систему подтвердилась.
Возможной причиной нынешних трудностей является и то, что в 1977 году никто не думал о межзвездном путешествии. Инженеры NASA были нацелены на изучение планет Солнечной системы. Оба аппарата одновременно достигли Юпитера, после чего Вояджер-1 отправился к Сатурну и его спутникам. Больше всего ученых интересовал Титан. Планировалось, что если по какой-то причине Вояджер-1 не соберет достаточное количество данных, вслед за ним направят Вояджер-2. Когда оба зонда успешно справились с задачей, они направились к Урану и Нептуну.
Вскоре после этого инженеры задумались об экономии энергии. Первым шагом стало отключение камер, поскольку фотографировать разбросанные звезды не было необходимости.
На полет Вояджеров влияет множество факторов. В 2012 году после выхода Вояджера-1 за пределы гелиосферы — своеобразного пузыря солнечного ветра, окутывающего нашу Солнечную систему, космическая обстановка сильно изменилась. Это повлекло за собой отключение ряда приборов за их ненадобностью. Дело в том, что сегодня Вояджеры охотятся на космические лучи, магнитные поля и другие обнаруживаемые явления в космическом пространстве.
По оценкам ученых Вояджеры проработают до 2020 года, но может и дольше. За это время зонды должны будут собрать информацию о свойствах межзвездной среды у границ гелиосферы. Так или иначе, покинув Солнечную систему, эти старые космические аппараты попали в космическое пространство, о котором ученым мало что известно. По этой причине ценность Вояджеров сложно переоценить.
И все же, рано или поздно придет пора отпустить Вояджеры в свободное плавание. В конце-концов в какой-то момент передатчики, с помощью которых мы поддерживаем с Вояджерами связь выйдут из строя. Или резервные двигатели, с помощью которых аппараты работают сегодня тоже перестанут функционировать. Вариантов может быть много, но мы вместе с инженерами NASA, желаем Вояджерам хорошего пути.