О проекте
Нас блокируют. Что делать?

Зарегистрироваться | Войти через:

Политзеки | Свобода слова | Акции протеста | Победобесие
Читайте нас:

статья Разрешен парадокс "Вояджера"

Максим Борисов, 21.02.2006
Реклама

Изображение, демонстрирующее предположительную форму границы ударной волны и спиралевидные линии магнитных полей. Иллюстрация Geophysical Research Letters с сайта Southwest Research Institute

Новая теория, созданная американскими учеными Дэвидом Маккомасом (David McComas) из Юго-западного научно-исследовательского института (Southwest Research Institute - SwRI, Сан-Антонио, штат Техас) и Натаном Швадроном (Nathan Schwadron) из Бостонского университета (Boston University), претендует на объяснение того странного факта, что межпланетной станции "Вояджер-1" (Voyager 1), ставшей сравнительно недавно межзвездной (т.е. покинувшей пределы Солнечной системы), не удалось обнаружить предсказанного ранее (20-30 лет назад) "разогрева" аномальных космических лучей при проходе (в декабре 2004 года) того участка, где солнечный ветер окончательно "гасится" взаимодействием с межзвездным веществом (граница ударной волны (termination shock) характеризуется там резким замедлением скорости солнечного ветра с одновременным ростом его плотности и температуры). Секрет оказался прост: оказывается, ранее не уделяли должного внимания расположению в пространстве траектории "Вояджера" относительно курса Солнца в Млечном пути - от этого в свою очередь зависит месторасположение того конкретного участка, в котором "Вояджер" должен был "проткнуть" собой "кокон" нашей Солнечной системы. Ну а вот новые выкладки свидетельствуют о том, что форма этого самого "кокона" и место исследуемого участка и служат теми самыми важнейшими факторами, что определяют степень возбуждения частиц. Соответствующая статья под названием "An Explanation of the Voyager Paradox: Particle Acceleration at a Blunt Termination Shock" опубликована 17 февраля 2006 года в выпуске Geophysical Research Letters.

Маккомас и Швадрон считают, что роль формы гелиосферной ударной волны при возбуждении аномальных космических лучей может быть определяющей не только в случае нашей Солнечной системы, но и повсюду в космосе. А интерес к подобным видам радиации давно уже перестал быть сугубо теоретическим, ведь вышеозначенные высокоэнергетичные космические частицы представляют собой опасность как для астронавтов и космонавтов, участвующих в длительных околоземных и межпланетных экспедициях (вроде будущих пилотируемых миссий к Луне и Марсу), так и для коммуникационных спутников и даже земных обитателей (космические лучи захватываются магнитным полем Земли в своеобразные геомагнитные ловушки и в принципе могут вызвать различные радиационные нарушения и сбои электроники).

До "Вояджеров" некоторые параметры аномальных космических лучей уже были изучены американскими "Пионерами" (Pioneer), "Улиссом" (Ulysses) и другими космическими аппаратами (большой вклад в эти исследования внесли когда-то и советские ученые). Хотя во время пролета "Вояджера" его операторы все еще точно не знали, на каком именно расстоянии от Солнца следовало бы искать зону гелиопаузы и "termination shock", на таком "особом" участке они все-таки ожидали зарегистрировать скачки напряженности магнитного поля, замедление скорости истечения плазмы и другие подобные явления. Разработанные на тот момент модели показывали, что кроме всего прочего в период пролета этих мест должен был регистрироваться и исходный энергетический спектр аномальных космических лучей (АКЛ, англоязычный термин - anomalous cosmic rays - ACRs). Энергетический максимум аномальных космических лучей приходится на 10 МэВ на нуклон, а слово "аномальные" в момент появления этого термина (1970-е гг.) относилось большей частью к их составу - доминирование ионов Не, N, O, Ne и недостаток C, Mg, Si и Fe по сравнению с галактическими космическими лучами. Сама форма границы ударной волны при этом считалась несущественной, более того, в пресс-релизе утверждается, что большинство специалистов рассматривало весь этот обширный "солнечный кокон" как сферически симметричную систему, со спиралевидной структурой (исходящей из единой точки) магнитных полей, "вмороженных" в солнечный ветер (представляющим собой, как известно, поток полностью ионизованной водородной плазмы, который со сверхзвуковой скоростью истекает из Солнца) и распространявшихся на всю Солнечную систему.

К сожалению, "Вояджер-1" при пересечении границы ударной волны не зарегистрировал наличие высокоэнергетических аномальных космических лучей, вернее говоря, он зарегистрировал присутствие лишь 5-10 процентов заряженных частиц нужного вида (ионов гелия, кислорода и др.) от их ожидаемого количества.

Теперь Маккомас и Швадрон показали, что наблюдаемые темпы ускорения аномальных космических лучей на самом деле можно легко описать, если принять более реалистичную модель для описания формы ударной волны, существенно отличающейся от сферически симметричной. Фактически, граница ударной волны и не могла бы представлять собой идеальную сферу, поскольку Солнечная система быстро движется сквозь Галактику. За счет этого движения форма границы должна заметно вытягиваться и напоминать собой оболочку гигантского яйца, ну а "облысение" проминающейся фронтальной части этого "яйца" (головного участка ударной волны, куда как раз и "угодил" в своем движении "Вояджер") приводит к существенному истончению того места, где могли бы протекать ускорительные процессы. Новая модель показывает, что частицы действительно могут ускоряться на границах ударной волны, однако - увы! - не в ее фронтальной части, где побывал "Вояджер", - Маккомас и Швадрон считают, что источник энергичных аномальных космических лучей нужно искать на флангах. Дело в том, что процесс генерации аномальных космических лучей требует их непрерывной связи с фронтом ударной волны в течение длительного цикла (порядка года), в ходе которого заряженная частица взаимодействует с пересекающей этот самый фронт линией магнитного поля. Новые вычисления показывают, что частицы могут оставаться вблизи этой "точки соединения" в течение приблизительно 300 дней, что в принципе и позволяет провести проверку корректности новой модели.

Вслед за "Вояджером-1" "Вояджер-2" также должен пересечь границы Солнечной системы, а произойдет это, судя по прогнозам, в течение ближайших 2-3 лет ("Пионер-10" при этом "заходит в хвост" "солнечного кокона"). И вот тогда-то и ожидается более заметный скачок в потоках высокоэнергетичных частиц, поскольку "Вояджер-2" пролетит несколько "удачнее", чем его собрат (см. схему).

Нужно отметить, что "Вояджеры" (когда-то с немалым успехом изучавшие окрестности Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна) теперь считаются частью специальной миссии NASA, что нацелена на изучение отдаленных регионов Солнечной системы и межзвездного пространства. С помощью ультрафиолетовых спектрометров выполняется картографирование гелиосферы и приходящего межзвездного ветра, детекторы частиц высоких энергий при этом исследуют энергетический спектр межзвездных космических лучей, датчики заряженных частиц низких энергий - энергетический спектр частиц, порождаемых нашим светилом, а магнетометры измеряют напряженность и ориентацию солнечных магнитных полей. Имеются также приборы для изучения плазменных волн. По прогнозам специалистов, эта пара зондов сможет функционировать вплоть до 2020 года. Кроме собственно приборов, земные аппараты несут в себе и известную "общественную нагрузку" (несут - в буквальном смысле) - послания для потенциальных "братьев по разуму" - это 12-дюймовые золотые пластинки с информацией о нашем мире, разумных существах, его населяющих, их культуре и обычаях. Отбор изображений и звуков, характеризующих нашу планету и цивилизацию, осуществляла специальная комиссия, которую возглавлял знаменитый астроном и популяризатор науки Карл Саган. "Вояджер-1", стартовавший с космодрома на мысе Канаверал (штат Флорида) 5 сентября 1977 года с помощью ракетоносителя "Титан", в пути обогнал своих предшественников - зонды "Пионер-10", "Пионер-11" и стартовавшего чуть раньше него - 20 августа 1977 года - "Вояджер-2".

На исследования межзвездной среды (крайне актуальные для многих вполне "земных" приложений вроде телекоммуникаций и экологических исследований) в будущем будет также нацелена и новая специализированная миссия IBEX (Interstellar Boundary Explorer - Исследователь межзвездной границы), запуск которой намечен на лето 2008 года. Тогда, объединив новые данные с данными "Вояджеров", можно будет говорить о построении достоверной карты границ Солнечной системы.

Источники:
New theory resolves mystery of anomalous cosmic rays - Southwest Research Institute (SwRI) News
New theory resolves mystery of anomalous cosmic rays - Boston University - News Releases
An image that illustrates the theorized shape of the termination shock and the spiraling magnetic field line

Ссылки:
"Вояджер-1" продолжает удивлять - "Элементы"
Влияние межзвездной среды на строение гелиосферы - "Астронет"
Аномальная компонента космических лучей - Солнечно-земная физика
"Вояджеры" - "Новости космонавтики"
Первый рукотворный объект оказался за пределами Солнечной системы

Максим Борисов, 21.02.2006


новость Новости по теме
Фото и Видео

Реклама



Выбор читателей