В ноябре 2018 года после путешествия длиною в 41 год «Вояджер-2» пересек условную границу Солнечной системы, и вошел в межзвездное пространство. Но миссия зонда еще не завершена — теперь аппарат отправляет домой информацию о космосе за пределами Солнечной системы. Новые данные миссии показывают, что по мере того как «Вояджер-2» все дальше улетает от Солнца, плотность материи увеличивается.
Это не первый раз, когда миссия обнаруживает такое увеличение плотности. «Вояджер-1», который вошел в межзвездное пространство в 2012 году, обнаружил аналогичные изменения плотности в другом месте. Новое исследование подтверждает ранние данные и показывает, что увеличение плотности может быть крупномасштабной особенностью межзвездной среды.
Край Солнечной системы можно определить несколькими разными границами, но место, которое пересекли зонды «Вояджер», известно как гелиопауза, — внешняя граница гелиосферы.
Граница определяется солнечным ветром — постоянным сверхзвуковым ветром с ионизированной плазмой, который истекает от Солнца во всех направлениях. Гелиопауза — это точка, в которой внешнее давление этого ветра уже недостаточно велико, чтобы толкать ветер из межзвездного пространства. Пространство внутри гелиопаузы — это гелиосфера, а пространство за ее пределами называется межзвездным. Гелиосфера не круглая сфера. Это больше похоже на овал с Солнечной системой на одном конце и струящимся хвостом позади; «нос» направлен в направлении орбиты Солнечной системы в Млечном Пути.
Оба «Вояджера» пересекли гелиопаузу на «носу» овальной сферы, но с разницей в 67 градусов по гелиографической широте и 43 градуса по долготе. Это пространство считается вакуумом, но это не совсем так. Плотность материи крайне мала, но она все еще существует. Солнечный ветер имеет среднюю плотность протонов и электронов от 3 до 10 частиц на кубический сантиметр, но плотность становится ниже, чем дальше объект уходит от Солнца.
Средняя концентрация электронов в межзвездной среде в Млечном Пути, среди звезд, по расчетам, составляет около 0,037 частиц на кубический сантиметр. А плотность плазмы во внешней гелиосфере составляет около 0,002 электрона на кубический сантиметр.
Когда зонды «Вояджер» пересекли гелиопаузу, их приборы для изучения плазменных волн обнаружили 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 больше расстояния между Землей и Солнцем, то есть примерно 18,1 млрд км).
Когда зонд впервые измерил плазменные колебания после пересечения гелиопаузы 23 октября 2013 года на расстоянии 122,6 астрономических единиц (18,3 млрд км), то обнаружил плотность плазмы 0,055 электронов на кубический сантиметр.
«Вояджер-2», совершил долгий путь и пролетел мимо Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. 5 ноября 2018 года аппарат пересек гелиопаузу на расстоянии 119 астрономических единиц (17,8 млрд км). Он измерил плазменные колебания 30 января 2019 года на расстоянии 119,7 астрономических единиц (17,9 млрд), обнаружив плотность плазмы 0,039 электронов на кубический сантиметр, что очень близко к измерениям «Вояджер-1».
Оба прибора сообщили об увеличении плотности. После отдаления на еще 20 астрономических единиц (2,9 млрд км) в космосе «Вояджер-1» снова зафиксировал увеличение до 0,13 электронов на кубический сантиметр. Данные «Вояджер-2» от июня 2019 года, показали гораздо более резкое увеличение плотности до примерно 0,12 электронов на кубический сантиметр на расстоянии 124,2 астрономических единицы (18,5 млрд единиц).
Пока неясно, что вызывает такие скачки. Одна из теорий заключается в том, что силовые линии межзвездного магнитного поля становятся сильнее по мере того, как они перекрывают гелиопаузу. Это может вызвать электромагнитную ионную циклотронную неустойчивость, которая истощает плазму из области драпирования.
Другая теория заключается в том, что материал, который уносит межзвездный ветер, должен замедляться по мере достижения гелиопаузы, вызывая своего рода пробку.
Будущие измерения, проведенные обоими зондами миссии, могут помочь в этом разобраться. Однако исследователи не уверены, смогут «Вояджеры» пролететь достаточно далеко, чтобы показать различия этих моделей.
Исследование было опубликовано в журнале The Astrophysical Journal Letters.