Американские ученые нащупали форму гелиосферы
При помощи двух космических аппаратов серии "Вояджер" (Voyager) американские ученые смогли выявить форму гелиосферы, считающейся границей Солнечной системы, сообщает РИА "Новости" со ссылкой на пресс-службу американского национального аэрокосмического агентства (NASA).
"Космические аппараты "Вояджер-1" и "Вояджер-2" достигли края межзвездного пространства и обнаружили, что гелиосфера ("территория" на которую распространяется влияние Солнца) расширена на севере и сужена на юге. "Вояджер-1", который летит в 34 градусах к северу от земного экватора, пересек границу гелиосферы и вошел в самый удаленный слой на расстоянии порядка 14,5 миллиарда километров от Солнца. В это время "Вояджер-2", который движется в 26 градусах к югу от экватора Земли, обнаружил, что граница гелиосферы на юге примерно на 1,6 миллиарда километров ближе к Солнцу, чем на севере", - сообщает пресс-служба NASA. Межзвездное пространство от области, занимаемой Солнечной системой, отделяет ударная волна (termination shock), характеризующаяся резким замедлением скорости солнечного ветра с одновременным ростом его плотности и температуры. Таким образом, теперь выясняется, что форма этой ударной волны существенно отличающейся от сферически симметричной.
Ученые полагают, что разница может быть вызвана межзвездным магнитным полем, которое "вдавливает" южную часть гелиосферы. ""Вояджер-2" установит точное расположение границы гелиосферы на юге тогда, когда он пересечет ее, что ожидается до конца следующего года", - отмечает пресс-служба. Как говорится в сообщении, после этого ученые смогут получить более точные данные о магнитном поле за пределами гелиосферы.
"Вояджер-2" также обнаружил, что граница гелиосферы на юге является источником ионов низкой энергии. Такое же открытие сделал и "Вояджер-1" на севере, однако ему (первому покинувшему пределы Солнечной системы), к сожалению, так и не удалось обнаружить предсказанного ранее (20-30 лет назад) "разогрева" аномальных космических лучей при проходе того участка, где солнечный ветер окончательно "гасится" взаимодействием с межзвездным веществом (вернее говоря, он зарегистрировал присутствие лишь 5-10 процентов заряженных частиц нужного вида (ионов гелия, кислорода и др.) от их ожидаемого количества). Считается, что в этом оказался повинен его "неподходящий" курс относительно траектории движения Солнца в нашей Галактике - "Вояджер-1" залетел прямо в "облысевшую голову" - самое тонкое место "кокона" Солнечной системы.
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 магнитометры измеряют напряженность и направление 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".
До "Вояджеров" некоторые параметры гелиосферы и 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 долгое время считалась несущественной, и вот теперь реальность вносит свои коррективы.
На исследования межзвездной среды (крайне актуальные для многих вполне "земных" приложений вроде телекоммуникаций и экологических исследований) в будущем будет нацелена 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.
Ссылки:
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
"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
Обсудить
Справка
Аномальные космические лучи
Термин "аномальные космические лучи" (АКЛ) впервые появился в 1972-73 гг. после экспериментального обнаружения локального максимума при энергии порядка 10 МэВ на нуклон в энергетическом спектре таких элементов в космических лучах, как 4Не и 16О. Этот максимум интенсифицировался также во время минимума солнечной активности (в 1976-1977 гг.) между характерными энергиями солнечных (СКЛ) и галактических космических лучей (ГКЛ).
Вскоре после первых экспериментов по исследованию АКЛ (в 1974 г.) была предложена теория, объясняющая их происхождение, которая до сих пор считается основной. Согласно этой теории, аномальные космические лучи образуются в результате проникновения в гелиосферу нейтральных атомов из локальной межзвездной среды с последующей их ионизацией под действием солнечного ультрафиолета или посредством их перезарядки с ионами солнечного ветра.
В отличие от галактических космических лучей, зарядовое состояние частиц аномальных космических лучей не превышает единицы или двойки (они не отличаются сильной ионизацией, так как проходят достаточно мало вещества и не успевают полностью "ободраться"). Впоследствии образовавшиеся таким образом ионы, достигшие окрестностей Солнца, и имеющие энергию порядка 4 кэВ на нуклон, "подхватываются" солнечным ветром (вернее, магнитным полем, вмороженным в солнечный ветер) и выносятся наружу в направлении границы гелиосферы - гелиопаузы, где посредством так называемого "эффекта нагружения массы" ("mass-loading effect") ускоряются до энергий порядка 10 МэВ на нуклон и вновь возвращаются в окрестности Солнца. Позднее было доказано, что такой процесс может быть многократным. Фронт ударной волны, формирующийся на границе Солнечной системы, и является как раз основным кандидатом для ускорительного механизма таких частиц.
Справка
Космические лучи и излом в спектре первичного космического излучения
Космические лучи - это поток заряженных субатомных частиц и атомных ядер высоких энергий (в основном это протоны (90%) и альфа-частицы - ядра гелия (7%)), пронизывающий весь космос. Ударные волны, возникающие в процессах взрывов сверхновых, считаются основным источником этих частиц. В межзвездном магнитном поле с сильно запутанными силовыми линиями движение космических лучей имеет сложный характер, напоминающий диффузию молекул в газе. В результате время утечки космических лучей из Галактики оказывается в тысячи раз большим. чем при прямолинейном движении. Ученые, измеряющие энергию космических лучей, давно обратили внимание на избыток таких лучей в определенном энергетическом диапазоне (речь идет о характерном изломе или "колене" в спектре первичного (т.е. пришедшего непосредственно из космоса в отличие от вторичных КЛ, возникающих за счет столкновений с ядрами атомов земной атмосферы) космического излучения при энергии около 3x1015 эВ, обнаруженном в середине прошлого века советскими физиками). Некоторые исследователи предположили, что этот излишек мог бы давать единственный остаток сверхновой приблизительно в 1000 световых лет от нас, взрыв которой произошел около 100 тысяч лет назад (другое объяснение: частицы с более высокой энергией, число которых очень мало, слабо отклоняются галактическим магнитным полем и покидают Галактику сравнительно быстро - "Физика космоса", М., 1986).
Статьи по теме
Разрешен парадокс "Вояджера"
Новая теория претендует на объяснение того странного факта, что межпланетной станции "Вояджер-1", ставшей сравнительно недавно межзвездной, не удалось обнаружить предсказанного ранее "разогрева" аномальных космических лучей при проходе того участка, где солнечный ветер окончательно "гасится" взаимодействием с межзвездным веществом.
Картографы Вселенной обнаружили новые гигантские структуры
Изучение обновленных "звездных 3D-атласов" позволило выявить небывалые гигантские структуры, поперечник которых составляет свыше миллиарда световых лет, установить новые закономерности в распределении галактик в космическом пространстве и найти очередные свидетельства в пользу концепции темной энергии.
От космических взрывов Землю хранят металлы
Согласно новому исследованию, гамма-всплески могут случаться в основном лишь в небольших бесформенных галактиках, которые испытывают серьезный недостаток в химических элементах тяжелее водорода и гелия.
Зена - королева замороженных ангелов
Открытая недавно "десятая планета" 2003 UB313 действительно превышает по своим размерам Плутон, но совсем немного. Об этом свидетельствуют новые изображения, полученные с помощью космического телескопа "Хаббл".
Жизни на Земле угрожают "галактические нырки"
Солнечная система в процессе своего движения в составе галактического диска периодически переходит то в "верхнюю" его часть, то в "нижнюю" и таким образом время от времени подвергается более высоким дозам опасного космического излучения.
Наступает новый ледниковый период
По поводу причин и самого направления климатических изменений на Земле существуют прямо противоположные точки зрения, однако кое-кто уже предлагает послать на борьбу с холодом 8 тысяч барж с соленой водой.
В пасмурной погоде повинны космические лучи
Новое свидетельство того, что события в далеком космосе могут самым непосредственным образом отражаться на погоде и климате Земли, было получено британскими метеорологами. Отныне придется учитывать космическое излучение при моделировании климатических условий в прошлом и будущем.
Плутон разжалован в рядовые
В России царят небывалые холода, а обливающиеся потом американские операторы с космодрома на мысе Канаверал в жаркой Флориде отправили космический корабль в самое холодное место Солнечной системы - на ее периферию. Мы тоже решили своеобразным способом утешить читателей: есть в нашей Вселенной места, где изнывающая от морозов Москва покажется райским местечком!
Американский зонд к Плутону, снабженный российскими двигателями, побьет сразу несколько рекордов
Зонд "Новые горизонты" готовится отбыть к окраинам Солнечной системы и, в частности, к Плутону - единственной планете, окрестности которой до сих пор еще не посетили земные аппараты. Мощнейший ракетоноситель "Атлас-5", снабженный российскими двигателями, позволит побить сразу несколько рекордов.
Кометное вещество впервые доставлено на Землю
Спускаемая капсула американского космического аппарата Stardust благополучно опустилась на парашюте в районе военного полигона штата Юта. Это первый случай доставки образцов вещества с небесного тела, находящегося за пределами лунной орбиты.
Солнечные бури защищают астронавтов
Повышенная солнечная активность на самом деле только сыграла на руку нашим космическим посланцам: бури на Солнце привели к тому, что на борту МКС уровень радиации заметно снизился.
Тайна "безумных" магнитосфер Урана и Нептуна раскрыта
Геофизики, возможно, раскрыли одну из самых больших тайн Солнечной системы. Они смогли ответить на вопрос, почему магнитные поля Урана и Нептуна так сильно отличаются от магнитосфер других планет. Полученные результаты способны подсказать и новый способ дистанционного исследования внутренней структуры и состава планет с помощью измерения их магнитных полей.
"Быстрый" и мертвые
Картина взрыва гиперновых звезд существенно отличается от той, что возникала в воображении исследователей до того, как в космос был запущен уникальный ловец гамма-всплесков - спутник Swift.
Открытие "Чандры" позволяет разрешить "Парадокс Солнца"
Обзор близких солнцеподобных звезд позволил сделать вывод о том, что в Солнце и вообще в нашей локальной части Вселенной содержится почти в три раза больше неона, чем считалось ранее.
Жизнь в Галактике сберегли звездные мятежники
Группа европейских астрономов выяснила, что многие звездные соседи нашего Солнца движутся по очень необычным маршрутам между спиральными рукавами Млечного пути. Согласно новому исследованию, наши звездные окрестности - это перекресток звездных дорог, где сливаются различные потоки звезд, прибывающих с разных направлений. Некоторые из этих звезд, содержащих свои планетные системы, могут на самом деле оказаться иммигрантами из бурного центрального региона нашей Галактики.
Смерть запрещенного барабанщика: впервые следы гамма-всплеска найдены в нашей Галактике
Комбинация данных, полученных от "Чандры", с наблюдениями в инфракрасном диапазоне, проведенными в обсерватории Паломар, позволила обнаружить остатки одного из самых катастрофических взрывов, случившихся в пределах нашего Млечного пути. Следы подобного явления в нашей Галактике удалось идентифицировать впервые, а сама вспышка произошла несколько тысяч лет назад.
Разрешена одна из загадок космических лучей
Казалось бы, в одной-единственной цифре не может быть ничего выдающегося, однако это позволило не только разрешить споры о месте рождения пульсара и определить размер его нейтронной звезды (а стало быть, уточнить физическую модель этого объекта), но и, возможно, открыть одну из важнейших тайн космических лучей.
В центре Млечного пути найдено антивещество неизвестного происхождения
Это антивещество в принципе может образовываться за счет некоторых энергетически чрезвычайно эффективных атомных процессов, например, в ходе радиоактивного распада изотопа алюминия. Его "подпись" известна как аннигиляционная "линия 511 кэВ". Однако оказалось, что антивещества в центре Галактики слишком много для того, чтобы можно было объяснить его появление только распадом алюминия. Также ясно показано наличие множества источников антивещества - оно вовсе не концентрируется вблизи одной точки.
Выяснилось, что мы живем в гигантском межзвездном дымоходе
Первая детальная 3D-карта области космического пространства, окружающего нашу Солнечную систему (размером примерно в 1 тыс световых лет), показывает, что мы находимся посреди большой "норы" или полости, вырезанной в диске Галактики. Скорее всего, эта полость была "пробита" некой взорвавшейся 1-2 млн лет назад звездой.
Грядущее Солнечной системы оказалось в два раза менее кошмарным
Воспользовавшись новейшими интерферометрическими методами для непосредственных наблюдений близких окрестностей пяти звезд типа Миры ученые с удивлением обнаружили, что эти звезды на самом деле окружены вводившей до сих пор астрономов в заблуждение почти прозрачной оболочкой из водяного пара, а также, возможно, угарным газом и другими молекулами. Эта оболочка придает звездам этого класса обманчиво большой внешний размер.
Физики учатся предсказывать поведение Солнца
Глубинные слои солнечной атмосферы могут служить источником информации, позволяющей оценивать скорость солнечного ветра - то есть непрерывного потока плазмы солнечного происхождения, который заполняет собой всю Солнечную систему.
Новый кандидат в ускорители космических лучей
Удалось разглядеть загадочную обширную петлеобразную структуру поперечником 20 световых лет, которая расположена возле самой компактной области звездообразования в нашей Галактике.
Десятисекундный армагеддон
Американские исследователи считают, что случаи массовой гибели живых существ на Земле можно объяснить, если использовать информацию о мощнейших звездных взрывах, получивших наименование гамма-всплесков. Удалось составить возможный сценарий подобного армагеддона.
Найден новый суперисточник гамма-лучей неизвестной природы в нашей Галактике
Группе европейских астрономов удалось найти новый неидентифицированный очень высокоэнергетичный источник гамма-излучения в нашей Галактике. Источник, обозначенный как TeV J2032+4130, обнаружен с помощью системы телескопов наземного базирования, отображающей черенковское излучение. Возможно, речь идет о целом новом классе высокоэнергетических источников гамма-излучения пока еще неизвестной природы.
Найдено направление "космического ливня", устроившего потоп в Солнечной системе
Едва ли не самая интригующая проблема, с которой в свое время столкнулись исследователи космических лучей, - это необходимость объяснения так называемого "колена" в спектре первичного космического излучения - избытка высокоэнергичных частиц. До сих пор однозначного объяснения этот феномен не получил, но последние исследования все увереннее связывают эту аномалию не с особенностью "работы" галактических магнитных полей или физикой межзвездного пространства, а с тем, что нас, землян, просто угораздило родиться в относительной близости от мощного "ускорителя" частиц определенной энергии, изрядно "попортившего" астрофизикам картину мира.
Кокон вокруг миллисекундного пульсара Черная Вдова
Изображение таинственного пульсара Черная Вдова, полученное "Чандрой", позволило разглядеть удлиненный "кокон" из высокоэнергетических частиц вокруг этого объекта. Таким образом, подтверждается теория, согласно которой даже относительно слабо намагниченные старые нейтронные звезды могут производить мощные электромагнитные поля и ускорять частицы до высоких энергий, если они вращаются достаточно быстро.
Датчик гравитационных волн уходит под землю
Гравитационные волны - это своего рода "рябь" в пространственно- временном континууме, которая возникает тогда, когда массивные космические тела испытывают ускорение (точнее говоря, гравитационные волны излучаются массами, движущимися с переменным ускорением). Альберт Эйнштейн предположил их существование в рамках своей Общей теории относительности еще в 1915 году. Двигаться гравитационные волны должны были со скоростью света. Однако эти волны очень слабы и их регистрация до сих пор находится на грани технических возможностей.
Раз в 10 000 лет Земля купается в темной материи
Солнечная система в своем движении через космическое пространство может регулярно сталкиваться с чрезвычайно разреженными скоплениями экзотических элементарных частиц, сохранившимися со времен раннего детства Вселенной. Об этом свидетельствуют вычисления швейцарских физиков.
Самые выдающиеся открытия 2003 года: темная энергия, пентакварки, бозе-конденсаты, квантовые компьютеры и др.
Многие западные издания выстраивают своеобразные хит-парады научных достижений уходящего 2003 года. Мы публикуем один из таких списков, составленный редакцией издания PhysicsWeb.
Солнце мелочится
Ученые, занимающиеся исследованиями в области физики Солнца, наблюдали наименьший из всех когда-либо виденных выбросов корональных масс. Новые наблюдения для специалистов оказались большой неожиданностью и заставили их отказаться от некоторых старых идей.
Бури на Солнце съели земной озон
Мощнейшие магнитные бури на Солнце послужили причиной истончения озонового слоя в арктических широтах. Эффект оказался подобен всем известному "эффекту домино" (когда одна упавшая костяшка вызывает падение всех остальных), и начался он в октябре-ноябре 2003 года, когда Солнце испустило рекордное количество заряженных частиц, устремившихся к Земле. Уровень солнечной радиации тогда превысил все мыслимые пределы.
Солнечные шипы оказались тайной звездной песней
Анализ видеороликов, на которых с высоким разрешением запечатлена солнечная поверхность, позволил раскрыть 127-летнюю тайну происхождения хромосферных спикул - струй вещества характерной "шипастой" остроугольной формы, постоянно извергаемых нашим светилом со скоростью 20-30 километров в секунду.
Впервые обнаружен "солнечный цикл" у отдаленной звезды
В течение многих лет астрономы задавались вопросом, присущи ли другим звездам, подобным Солнцу, периодические увеличения рентгеновской активности - те, что доставляют землянам, а также их технике (телефонным линиям и линиям электропередач) множество хлопот. Теперь удалось ответить на этот животрепещущий вопрос.
Рекордные вспышки позволили NASA разглядеть драконов на Солнце
Самой вероятной причиной мощных вспышек на Солнце, как показывают новые наблюдения, проведенные с помощью космического аппарата NASA под названием RHESSI, скорее всего являются крупномасштабные разрушения магнитных полей в атмосфере нашего светила - процесс, получивший наименование "магнитные пересоединения".
Мы живем во времена аномального Солнца
Солнце в настоящее время активно как никогда. Такого с ним не случалось на протяжении по крайней мере последних 1150 лет. Этот вывод был сделан на основе реконструкции числа солнечных пятен финскими и немецкими учеными. Солнце бушует. За прошлую неделю появление гигантских протуберанцев на нашей звезде привело к мощнейшим выбросам в космос заряженных частиц, послужило причиной небывалых магнитных бурь на Земле, выводящих из строя спутники, телекоммуникационные устройства и причиняющих вред здоровью людей.
В Антарктиде ищут антиматерию
Ученые в Антарктиде осуществили запуск высотного аэростата гигантских размеров. Цель научного эксперимента - постараться приблизиться к пониманию генезиса антивещества в космосе и найти возможные свидетельства существования так называемого хокинговского излучения от "испаряющихся" черных дыр (в рамках теории, предложенной профессором Кембриджского университета Стивеном Хокингом).
NASA ударилось в фантастику (12 проектов)
Институт передовых концепций NASA объявил о начале первой фазы отбора предложений по развитию исследований космоса. Выступая посредником между космическим агентством и людьми, готовыми предложить революционные концепции, которые могли бы кардинальным образом изменить подход NASA к космическим исследованиям, сотрудники института выбрали 12 проектов, претендующих на то, чтобы значительно расширить границы изученного космоса.
Марсианский корабль понесет защитный радиационный пояс вместе с собой
Разработчики NASA упорно трудятся над тем, чтобы найти защиту от всепроникающей космической радиации, которая угрожает здоровью и самой жизни астронавтов, отправляющихся в длительные экспедиции на Луну и Марс. При этом некоторые ученые рассматривают самые экзотические варианты, призванные надежно защитить экипаж.
Причины полярных сияний на Юпитере отличны от земных
Ученым удалось получить новые сведения об источниках питания юпитерианских полярных сияний - то есть самых захватывающих и обширных "аврорах" всей нашей Солнечной системы. Тщательный мониторинг за состоянием атмосферы гигантской планеты, проводимый специалистами NASA с помощью космической рентгеновской обсерватории "Чандра", позволил обнаружить присутствие заряженных частиц, врезающихся в атмосферу над полюсами газового гиганта.
На Солнце нашли антиматерию
Для изучения антивещества в земных условиях приходится ускорять частицы до рекордных скоростей и сталкивать их вместе, чтобы получить считанные атомы этого экзотического для нас вида материи. Причем существовать до аннигиляции эти чуждые нашему миру атомы могут лишь весьма непродолжительное время. А вот Солнце в смысле производства антивещества оказалось намного более эффективно. Кроме того, солнечное антивещество ведет себя иначе, чем можно было бы ожидать.
Радиация слишком опасна для участников экспедиции на Марс
Новые данные, полученные с межпланетной космической лаборатории "Марс Одиссей", находящейся в настоящее время на марсианской орбите, подтверждают подозрения ученых по поводу радиации на Марсе: она столь интенсивна, что это неизбежно подвергнет опасности жизни астронавтов, посланных для исследования Красной планеты.
Загадка солнечных нейтрино решена
Удалось обнаружить эффект "исчезновения" нейтрино. Этот эффект свидетельствует о том, что нейтрино имеют массу и могут осциллировать - то есть превращаться из одного типа в другой. Стандартная модель элементарных частиц, которая успешно использовалась фундаментальной физикой с 70-х годов прошлого века, требует серьезной модернизации.
Землю поливают дожди из маленьких черных дыр
Высокоэнергетические космические лучи, вторгающиеся в атмосферу Земли, могут формировать микроскопические черные дыры, заявляют греческие и российские ученые. Ученые считают, что такие черные мини-дыры могли бы помочь объяснить загадочные результаты, полученные датчиками космического излучения в Боливийских Андах и на Памире - речь о так называемых "кентаврах".
