Как движется Солнечная система / Хабр

Наверняка, многие из вас видели гифку или смотрели видео, показывающее движение Солнечной системы.

Ролик, вышедший в 2012 году, стал вирусным и наделал много шума. Мне он попался вскоре после его появления, когда я знал о космосе гораздо меньше, чем сейчас. И больше всего меня смутила перпендикулярность плоскости орбит планет направлению движения. Не то, чтобы это было невозможно, но Солнечная система может двигаться под любым углом к плоскости Галактики. Вы спросите, зачем вспоминать давно забытые истории? Дело в том, что именно сейчас, при желании и наличии хорошей погоды, каждый может увидеть на небе настоящий угол между плоскостями эклиптики и Галактики.

Проверяем ученых

Астрономия говорит, что угол между плоскостями эклиптики и Галактики составляет 63°.

Но сама по себе цифра скучна, да и сейчас, когда на обочине науки устраивают шабаш адепты плоской Земли, хочется иметь простую и наглядную иллюстрацию. Давайте подумаем, как мы можем увидеть плоскости Галактики и эклиптики на небе, желательно невооруженным взглядом и не отдаляясь далеко от города? Плоскость Галактики — это Млечный путь, но сейчас, с изобилием светового загрязнения, увидеть его не так просто. Есть ли какая-то линия, примерно близкая к плоскости Галактики? Есть — это созвездие Лебедя. Оно хорошо видно даже в городе, а найти его просто, опираясь на яркие звезды: Денеб (альфа Лебедя), Вегу (альфа Лиры) и Альтаир (альфа Орла). «Туловище» Лебедя примерно совпадает с галактической плоскостью.

Хорошо, одна плоскость у нас есть. Но как получить наглядную линию эклиптики? Давайте подумаем, что такое вообще эклиптика? По современному строгому определению эклиптика — это сечение небесной сферы плоскостью орбиты барицентра (центра массы) Земля-Луна. По эклиптике в среднем движется Солнце, но у нас нет двух Солнц, по которым удобно построить линию, да и созвездие Лебедя при солнечном свете не будет видно. Но если вспомнить, что планеты Солнечной системы тоже движутся приблизительно в той же плоскости, то, получается, что парад планет как раз примерно покажет нам плоскость эклиптики.

И сейчас в утреннем небе как раз можно наблюдать Марс, Юпитер и Сатурн.

В результате, в ближайшие недели утром до восхода Солнца можно будет очень наглядно видеть вот такую картину:

Которая, как это ни удивительно, прекрасно согласуется с учебниками астрономии.

А гифку правильнее рисовать так:


Источник: сайт астронома Rhys Taylor rhysy.net

Вопрос может вызвать взаимное положение плоскостей. Летим ли мы <-/ или же <-\ (если смотреть с внешней стороны Галактики, северный полюс вверху)? Астрономия говорит, что Солнечная система движется относительно ближайших звезд в направлении созвездия Геркулеса, в точку, расположенную недалеко от Веги и Альбирео (бета Лебедя), то есть правильное положение <-/.

Но этот факт, увы, «на пальцах» не проверить, потому что, пусть и сделали это двести тридцать пять лет назад, но использовали результаты многолетних астрономических наблюдений и математику.

Разбегающиеся звезды

Как вообще можно определить, куда движется Солнечная система относительно близких звезд? Если мы можем на протяжении десятков лет фиксировать перемещение звезды по небесной сфере, то направление движения нескольких звезд скажет нам, куда мы движемся относительно них. Назовем точку, в которую мы движемся, апексом. Звезды, которые находятся недалеко от него, а также от противоположной точки (антиапекса), будут двигаться слабо, потому что они летят на нас или от нас. А чем дальше звезда находится от апекса и антиапекса, тем больше будет ее собственное движение. Представьте, что вы едете по дороге. Светофоры на перекрестках впереди и позади не будут сильно смещаться в стороны. А вот фонарные столбы вдоль дороги так и будут мелькать (иметь большое собственное движение) за окном.

На гифке показано перемещение звезды Барнарда, имеющей самое большое собственное движение. Уже в 18 веке у астрономов появились записи положения звезд на промежутке в 40-50 лет, которые позволили определить направление движения более медленных звезд. Тогда английский астроном Уильям Гершель взял звездные каталоги и, не подходя к телескопу, стал вычислять. Уже первые расчеты по каталогу Майера показали, что звезды движутся не хаотично, и апекс можно определить.


Источник: Hoskin, M.

Herschel’s Determination of the Solar Apex, Journal for the History of Astronomy, Vol. 11, P. 153, 1980

А с данными каталога Лаланда область удалось серьезно уменьшить.


Оттуда же

Дальше пошла нормальная научная работа — уточнение данных, расчеты, споры, но Гершель использовал правильный принцип и ошибся всего на десять градусов. Информацию собирают до сих пор, например, всего тридцать лет назад скорость движения уменьшили с 20 до 13 км/с. Важно: эту скорость нельзя путать со скоростью солнечной системы и других ближайших звезд относительно центра Галактики, которая равна примерно 220 км/с.

Еще дальше

Ну и, раз мы упомянули скорость движения относительно центра Галактики, необходимо разобраться и тут. Галактический северный полюс выбран так же, как и земной — произвольно по соглашению. Он находится недалеко от звезды Арктур (альфа Волопаса), примерно вверх по направлению крыла созвездия Лебедя. А в целом проекция созвездий на карту Галактики выглядит так:

Т. е. Солнечная система движется относительно центра Галактики в направлении созвездия Лебедя, а относительно местных звезд в направлении созвездия Геркулеса, под углом 63° к галактической плоскости, <-/, если смотреть с внешней стороны Галактики, северный полюс сверху.

Космический хвост

А вот сравнение Солнечной системы с кометой в видео совершенно корректно. Аппарат NASA IBEX был специально создан для определения взаимодействия границы Солнечной системы и межзвездного пространства. И по его данным хвост есть.


Иллюстрация NASA

Для других звезд мы можем видеть астросферы (пузыри звездного ветра) непосредственно.


Фото NASA

Позитив напоследок

Завершая разговор, стоит отметить очень позитивную историю. Создавший в 2012 году исходное видео DJSadhu первоначально продвигал что-то ненаучное. Но, благодаря вирусному распространению клипа, он пообщался с настоящими астрономами (астрофизик Rhys Tailor очень позитивно отзывается о диалоге) и, спустя три года, сделал новый, гораздо более соответствующий реальности ролик без антинаучных построений.

Куда летит Солнце?

Владимир Курт
«Троицкий вариант» №25(94), 20 декабря 2011 г.

Заслуженный деятель науки, докт. физ.-мат. наук, профессор Астрокосмического центра ФИАН Владимир Курт — астрофизик широкого профиля. Ему принадлежат как важные экспериментальные результаты по исследованию свойств межпланетной среды в Солнечной системе и по изучению космических гамма-всплесков, так и теоретические результаты в разных областях астрономии. Научной работой он занимается с 1955 года. Предлагаем нашим читателям его статью об истории открытия одного из движений Солнца.

До Николая Коперника (1473–1543) ученые полагали, что в центре Мира находится Земля, а все планеты, тогда их было известно пять (Меркурий, Венера, Марс, Юпитер и Сатурн) и Солнце вращаются вокруг Земли. Я не говорю уже о гипотезах нахождения Земли на спине слона, черепахи или еще каких-либо пресмыкающихся или млекопитающих.

В год смерти Коперника (1543) было опубликовано на латыни его многотомное сочинение «Об обращении небесных сфер» с описанием новой системы мироздания, в центре которого находилось Солнце, а все планеты, числом уже шесть (с присовокуплением к пяти известным планетам и Земли) вращаются по круговым орбитам вокруг центра — Солнца.

Следующий шаг в построении Солнечной системы сделал в 1609 г. Иоганн Кеплер (1571–1630), доказавший, используя точные астрометрические наблюдения движения планет (в основном сделанные датским астрономом Тихо Браге (1546–1601), что планеты движутся не по кругам, а по эллипсам, в фокусе которых находится Солнце.

Экспериментальное, т. е. наблюдательное, подтверждение теории Коперника было получено Галилео Галилеем (1564–1642), который наблюдал в телескоп фазы Венеры и Меркурия, что и подтвердило коперниканскую (т. е. гелиоцентрическую) систему мироздания.

И, наконец, Исаак Ньютон (1642–1727) вывел дифференциальные уравнения небесной механики, которые позволяли вычислять координаты планет Солнечной системы и объяснили, почему они движутся, в первом приближении, по эллипсам. В дальнейшем трудами великих механиков и математиков XVIII и XIX веков была создана теория возмущений, позволившая учесть гравитационное взаимодействие планет друг на друга. Именно таким образом, путем сравнения наблюдений и вычислений, были открыты далекие планеты Нептун (Адамс и Леверье, 1856) и Плутон (1932), хотя в прошлом году Плутон был административным порядком вычеркнут из списка планет. На сегодня занептунеанских планет размером с Плутон и даже чуть больше насчитывается уже шесть.

К середине XIX века астрометрическая точность определения координат звезд достигла сотых долей секунды дуги. Тогда для некоторых ярких звезд было замечено, что их координаты отличаются от координат, измеренных несколькими столетиями раньше. Первым таким античным каталогом был каталог Гиппарха и Птолемея (190 г. до н.э.), а в гораздо более позднюю эпоху раннего Возрождения — каталог Улугбека (1394–1449). Появилось понятие «собственного движения звезд», которые до этого, да и сейчас по традиции называются «неподвижными звездами».

Внимательно изучая эти собственные движения, Уильям Гершель (1738–1822) обратил внимание на их систематическое распределение и сделал из этого правильный и весьма нетривиальный вывод: часть собственного движения звезд не есть движение этих звезд, а отражение движения нашего Солнца относительно близких от Солнца звезд. Точно так мы видим перемещение близких деревьев относительно далеких, когда едем на автомобиле (или, что еще лучше, на лошади) по лесной дороге.

Увеличивая количество звезд с измеренными собственными движениями, удалось определить, что наше Солнце летит в направлении созвездия Геркулеса, к точке, называемой апексом, с координатами α= 270° и δ= 30°, со скоростью 19,2 км/с. Это есть собственное «пекулярное» движение Солнца со всеми планетами, межпланетной пылью, астероидами относительно примерно ста ближайших к нам звезд. Расстояния до этих звезд невелики, что-то порядка 100–300 световых лет. Все эти звезды участвуют и в общем движении вокруг центра нашей Галактики со скоростью около 250 км/с. Сам центр Галактики расположен в созвездии Стрельца, на расстоянии от Солнца около 25 тыс. световых лет. Движение Солнца среди звезд напоминает движение мошки в облаке, в то время как всё облако с гораздо большей скоростью летит относительно деревьев в лесу.

Конечно, и сама вся наша гигантская Галактика летит относительно других галактик. Скорости индивидуальных галактик достигают сотен и тысяч км/с. Одни галактики приближаются к нам, как, например, знаменитая туманность Андромеды, другие удаляются от нас.

Все галактики и скопления галактик также участвуют в общем космологическом расширении, которое заметно, однако, только при масштабах более 10–30 миллионов световых лет. Величина этой скорости расширения линейно зависит от расстояния между галактиками или их скоплениями и равна, по современным измерениям, около 25 км/с при расстоянии между галактиками миллион световых лет.

Можно, однако, еще выделить и особую систему отсчета, а именно поле реликтового 3К субмиллиметрового излучения. Там, куда мы летим, температура этого излучения слегка выше, а откуда летим — ниже. Разница этих температур — 0,006706 К. Это так называемая «дипольная компонента» анизотропии реликтового излучения. Скорость движения Солнца относительно реликтового излучения равна 627 ± 22 км/с, а без учета движения Местной группы галактик — 370 км/с в направлении созвездия Девы.

Так что на вопрос, куда летит наше Солнце и с какой скоростью, ответ дать трудно. Надо сразу определить: относительно чего и в какой системе координат.

В 1961 г. наша группа из Государственного астрономического института им. П. К. Штернберга МГУ проводила наблюдения рассеянного солнечного ультрафиолетового излучения в линиях водорода (1215А) и кислорода (1300А) с высотных геофизических ракет, поднимавшихся до высоты 500 км. В это время благодаря предложению академика С. П. Королева в Советском Союзе начали систематически запускать межпланетные станции, как пролетные, так и посадочные, к Марсу и Венере. Естественно, что и мы решили попытаться обнаружить у Венеры и Марса такие же протяженные водородные короны, как и на Земле.

При этих запусках мы смогли проследить следы нейтрального атомарного водорода вплоть до 125 000 км от Земли, т. е. до 25 радиусов Земли. Плотность водорода при таких удалениях от Земли составляла всего около 1 атома на см3 , что на 19 порядков меньше концентрации воздуха на уровне моря! Однако, к великому нашему удивлению, оказалось, что интенсивность рассеянного излучения в линии Лайман-альфа с длиной волны 1215А при еще больших удалениях не падает до нуля, а остается постоянной и достаточно высокой, причем интенсивность меняется в 2 раза, в зависимости от того, куда смотрел наш маленький телескоп.

Вначале мы полагали, что это светят далекие звезды, однако расчет показывал, что такое свечение должно быть на много порядков ниже. Ничтожное содержание в межзвездной среде космической пыли полностью «съедало» бы это излучение. Протяженная солнечная корона, согласно теории, должна была быть практически полностью ионизована, и нейтральных атомов там не должно было быть.

Оставалась лишь межзвездная среда, которая около Солнца могла быть в большой степени нейтральной, что и объясняло открытый нами эффект. Через два года после нашей публикации Ж.-Э. Бламон и Ж.-Я. Берто из Службы аэрономии Франции с американского спутника ОГО-V обнаружили геометрический параллакс области максимального свечения в линии Лайман-альфа, что позволило сразу оценить расстояния до нее. Эта величина оказалась равной примерно 25 астрономическим единицам. Были также определены координаты этого максимума. Картина начала проясняться. Решающий вклад в эту проблему внесли два немецких физика — П. В. Блум и Х.  Дж. Фар, которые указали на роль движения Солнца относительно межзвездной среды. С целью измерения всех параметров этого движения в 1975 г. нами совместно с уже упомянутыми французскими специалистами было выполнено два специальных эксперимента на отечественных спутниках «Прогноз-5» и «Прогноз-6». Эти спутники позволили получить карту всего неба в линии Лайман-альфа, а также измерить температуру нейтральных атомов водорода в межзвездной среде. Была определена плотность этих атомов «на бесконечности», т. е. вдали от Солнца, скорость и направление движения Солнца относительно локальной межзвездной среды.

Плотность атомов оказалась равной 0,06 атома/см3, а скорость — 25 км/с. Была разработана и теория проникновения атомов межзвездной среды в Солнечную систему. Оказалось, что нейтральные атомы водорода, пролетая вблизи от Солнца по гиперболическим траекториям, ионизируются двумя механизмами. Первый из них — фотоионизация ультрафиолетовым и рентгеновским излучением Солнца с длинами волн короче 912А, а второй механизм — перезарядка (обмен электронами) с протонами солнечного ветра, которые пронизывают всю Солнечную систему. Второй механизм ионизации оказался в 2–3 раза более эффективным, нежели первый. Солнечный ветер останавливается межзвездным магнитным полем примерно на расстоянии 100 астрономических единиц, а межзвездная среда, набегающая на Солнечную систему, — на расстоянии 200 а.е.

Между этими двумя ударными волнами (вероятно, сверхзвуковыми) находится область очень горячей, полностью ионизованной плазмы с температурой 107 или даже 108 К. Вопрос о взаимодействии налетающих нейтральных атомов водорода с горячей плазмой в этой промежуточной области чрезвычайно интересен. При перезарядке межзвездных, относительно холодных атомов межзвездной среды с горячими протонами в этой области образуются нейтральные атомы с очень высокой температурой и соответственной скоростью, приведенной выше. Они пронизывают всю Солнечную систему и могут регистрироваться у Земли. С этой целью в США был запущен 2 года тому назад специальный спутник Земли — ИБЕКС, успешно работающий для решения этих и смежных проблем. Открытый нами эффект «набегания» межзвездной среды получил название «межзвездный ветер».

Для того чтобы обойти этот неясный вопрос, наша группа провела цикл наблюдений с ИСЗ «Прогноз» в линии нейтрального гелия с длиной волны 584А. Гелий не участвует в процессе перезарядки с протонами солнечного ветра и почти не ионизуется солнечным ультрафиолетом. Именно благодаря этому атомы нейтрального гелия, пролетая по гиперболам мимо Солнца, фокусируются за ним, образуя конус с повышенной плотностью, который мы и наблюдали. Ось этого конуса дает нам направление движения Солнца относительно локальной межзвездной среды, а его расходимость дает возможность определения температуры атомов гелия в межзвездной среде вдали от Солнца.

Наши результаты по гелию отлично совпали с измерениями по атомарному водороду. Плотность атомарного гелия «на бесконечности» оказалась равной 0,018 атома/см3, что позволило определить степень ионизации атомарного водорода, полагая, что обилие гелия равно стандартному для межзвездной среды. Это соответствует 10–30% степени ионизации атомарного водорода. Найденные нами плотность и температура атомарного водорода как раз и соответствуют зоне нейтрального водорода с несколько повышенной температурой — 12000 К.

В 2000 г. немецкие астрономы во главе с Х. Розенбауером смогли на внеэклиптическом аппарате «Улисс» непосредственно обнаружить атомы нейтрального гелия, влетающие в Солнечную систему из межзвездной среды. Ими были определены параметры «межзвездного ветра» (плотность атомарного гелия, скорость и направление движения Солнца относительно локальной межзвездной среды). Результаты прямых измерений атомов гелия отлично совпали с нашими оптическими измерениями.

Такова история открытия еще одного движения нашего Солнца.

См. о научном вкладе В. Г. Курта на сайте www.astronet.ru

Как долго вращаться вокруг центра Млечного Пути? | Основы астрономии

Основы астрономииКосмос

Автор:

28 ноября 2016 г.

Наше Солнце расположено примерно в двух третях расстояния от центра Млечного Пути. Иллюстрация через Калифорнийский технологический институт.

Планеты нашей Солнечной системы вращаются вокруг Солнца. Один оборот вокруг Земли занимает один год. Тем временем вся наша солнечная система — наше солнце с его семейством планет, луна, астероид и кометы — вращается вокруг центра галактики Млечный Путь. Наше Солнце и Солнечная система движутся по этой огромной орбите со скоростью примерно 500 000 миль в час (800 000 км/ч). Итак, в 9Например, за 0 секунд мы все перемещаемся примерно на 12 500 миль (20 000 км) по орбите вокруг центра галактики.

Наша галактика Млечный Путь очень большая. Даже при такой невероятной скорости солнцу требуется примерно 225-250 миллионов лет, чтобы совершить одно путешествие вокруг центра галактики.

Это количество времени — время, которое требуется нам для обращения вокруг центра галактики — иногда называют космическим годом .

См. ряд оценок продолжительности космического года здесь.

Представление художника о Солнечной системе на фоне галактики Млечный Путь.

Кстати, в прошлом, когда мы говорили на эту тему, люди отмечали разницу между словами повернуть и повернуть . Слово вращаться означает вращаться вокруг другого тела . Земля вращается (или вращается по орбите) вокруг Солнца. Солнце вращается вокруг центра галактики Млечный Путь.

С другой стороны, повернуть означает для вращения по оси . Земля вращается каждые 24 часа. Солнце вращается, но не с одной скоростью по всей своей поверхности. Движения солнечных пятен указывают на то, что Солнце совершает один оборот за 27 дней на экваторе, но только один раз за 31 день на полюсах.

А как насчет галактики Млечный Путь? Да, можно сказать, что вся галактика вращается, но, как и наше Солнце, галактика вращается с разной скоростью по мере того, как вы удаляетесь от ее центра. На расстоянии нашего Солнца от центра Млечного Пути оно совершает один оборот примерно каждые 225-250 миллионов лет, что определяется продолжительностью обращения Солнца по орбите вокруг центра галактики.

Иллюстрация вращающейся галактики, где разные части галактики вращаются вокруг центра с разной скоростью. Ученые называют это «дифференциальным вращением». Звезды ближе к центру вращаются вокруг центра быстрее, чем те, что дальше. Эта диаграмма взята из «Астрономических заметок» Ника Стробеля. Посетите его сайт www.astronomynotes.com, чтобы узнать об обновлениях и дополнительной информации.

Вывод: планеты нашей Солнечной системы вращаются вокруг Солнца, а Солнце вращается вокруг центра галактики Млечный Путь. Нам требуется около 225-250 миллионов лет, чтобы один раз обернуться вокруг центра галактики. Этот отрезок времени называется космический год .

Редакторы EarthSky
Просмотр статей

Об авторе:

Команда EarthSky с удовольствием приносит вам ежедневные новости о космосе и мире. Мы любим ваши фотографии и приветствуем ваши советы новостей. Земля, Космос, Солнце, Человек, Сегодня вечером. С 1994 года.

Странное пространство за пределами нашей Солнечной системы

Загрузка

(Изображение предоставлено НАСА/STScI/Aura)

Патчен Барсс, 9 сентября 2020 г.

два бесстрашных космических корабля, которые стали первыми рукотворными объектами, покинувшими нашу Солнечную систему.

T

В ознаменование окончания бурного года мы возвращаем некоторые из наших любимых историй для сборника BBC Future «Лучшее за 2020 год».

Узнайте больше о наших подборках здесь .

Вдали от защитных объятий Солнца край нашей Солнечной системы может показаться холодным, пустым и темным местом. Зияющее пространство между нами и ближайшими звездами долгое время считалось пугающе обширным пространством небытия.

До недавнего времени это было место, куда человечество могло заглянуть только издалека. Астрономы обращали на это лишь мимолетное внимание, предпочитая вместо этого фокусировать свои телескопы на светящихся массах соседних с нами звезд, галактик и туманностей.

Но два космических корабля, построенных и запущенных в 1970-х годах, последние несколько лет передают нам первые снимки из этой странной области, которую мы называем межзвездным пространством. Будучи первыми искусственными объектами, покинувшими нашу Солнечную систему, они отправляются на неизведанную территорию, за миллиарды миль от дома. Ни один другой космический корабль не пролетел так далеко.

И они обнаружили, что за пределами нашей Солнечной системы находится невидимая область хаотической, бурлящей активности.

«Когда вы смотрите на разные части электромагнитного спектра, эта область пространства сильно отличается от черноты, которую мы воспринимаем нашими глазами», — говорит Мишель Баннистер, астроном из Кентерберийского университета в Крайстчерче, Новая Зеландия, изучающая внешние пределы Солнечной системы. «Магнитные поля борются, толкают и связывают друг друга. Образ, который у вас должен быть, похож на купель под Ниагарским водопадом».

Взрывы, подобные сверхновой, отбрасывают космические лучи во всех направлениях в межзвездное пространство. (Фото: НАСА/Хаббл) или плазма, разбрызгивающаяся во всех направлениях от Солнца, когда она сталкивается с коктейлем из газа, пыли и космических лучей, который дует между звездными системами, известными как «межзвездная среда».

На протяжении последнего столетия ученые создавали картину того, из чего состоит межзвездная среда, во многом благодаря наблюдениям с помощью радио- и рентгеновских телескопов. Они обнаружили, что он состоит из чрезвычайно рассеянных ионизированных атомов водорода, пыли и космических лучей, перемежающихся плотными молекулярными облаками газа, которые, как считается, являются местом рождения новых звезд.

Но его точная природа за пределами нашей Солнечной системы была в значительной степени загадкой, главным образом потому, что Солнце, все восемь планет и далекий диск обломков, известный как пояс Койпера, заключены в гигантский защитный пузырь, образованный солнечным ветром. , известный как гелиосфера. Когда Солнце и окружающие его планеты мчатся через галактику, этот пузырь ударяется о межзвездную среду, словно невидимый щит, защищающий от большинства вредных космических лучей и другого материала.

Но его спасительные свойства также затрудняют изучение того, что находится за пузырем. Даже определить его размер и форму изнутри сложно.

«Как будто вы находитесь в своем доме и хотите знать, как он выглядит. Вы должны выйти на улицу и посмотреть, чтобы сказать правду», — говорит Елена Проворникова, научный сотрудник Лаборатории прикладной физики Университета Джона Хопкинса. «Единственный способ получить представление — уйти далеко от Солнца, оглянуться назад и сделать снимок из-за пределов гелиосферы».

Это непростая задача. По сравнению со всем Млечным Путем наша Солнечная система выглядит меньше, чем рисовое зернышко, плавающее посреди Тихого океана. И все же внешний край гелиосферы все еще так далек, что космическим кораблям «Вояджер-1» и «Вояджер-2» потребовалось более 40 лет, чтобы достичь его, когда они летели с Земли.

Вам также могут понравиться:

  • Что, если наша Вселенная — продолжение?
  • Переключатель, спасший миссию на Луну
  • Величайшая космическая миссия

«Вояджер-1», который выбрал более прямой маршрут через Солнечную систему, вышел в межзвездное пространство в 2012 году, прежде чем «Вояджер-2» присоединился к нему в 2018 году. все дальше в пространство за пределами нашей Солнечной системы, отправляя обратно больше данных, как они это делают. ( Подробнее о «Вояджере», величайшая космическая миссия .)

Космический корабль «Вояджер» размером с автомобиль был запущен в 1977 году и в настоящее время передает данные из межзвездного пространства (Фото: NASA/JPL-Caltech) подсказки о том, как сформировалась наша Солнечная система и как вообще возможна жизнь на Земле. Далекий от того, чтобы быть четкой границей, самый край нашей Солнечной системы на самом деле кипит бурлящими магнитными полями, сталкивающимися звездными бурями, штормами частиц высокой энергии и вихревым излучением.

Размер и форма гелиосферного пузыря изменяются по мере того, как изменяется излучение Солнца и когда мы проходим через разные области межзвездной среды. Когда солнечный ветер поднимается или опускается, он изменяет внешнее давление на пузырь.

В 2014 году активность Солнца резко возросла, и в космос пронесся ураган солнечного ветра. Взрыв быстро пронесся над Меркурием и Венерой со скоростью около 800 км в секунду (497 миль в секунду). Через два дня и 150 млн км (93,2 миллиона миль), он окутывал Землю. К счастью, магнитное поле нашей планеты защитило нас от ее мощного разрушительного излучения.

Днем позже порыв пронесся мимо Марса и пронесся через пояс астероидов к далеким газовым гигантам – Юпитеру, Сатурну, Урану и, спустя более двух месяцев, к Нептуну, который вращается на расстоянии почти 4,5 миллиарда км (2,8 миллиарда миль) от Солнце.

Спустя более шести месяцев ветер, наконец, достиг точки, находящейся на расстоянии более 13 миллиардов километров (8,1 миллиарда миль) от Солнца, известной как «завершающий толчок». Здесь магнитное поле Солнца, которое приводит в движение солнечный ветер, становится достаточно слабым, чтобы межзвездная среда могла столкнуться с ним.

Порыв солнечного ветра возник из-за завершающего толчка, движущегося со скоростью менее половины своей предыдущей скорости — уровень урагана понизился до тропического шторма. Затем, в конце 2015 года, он обогнал «Вояджер-2» неправильной формы, размер которого примерно с небольшой автомобиль. Всплеск плазмы был обнаружен с помощью сенсорных технологий «Вояджера», которым уже 40 лет и которые питаются от медленно разлагающейся плутониевой батареи.

Зонд передал данные обратно на Землю, которые даже при скорости света достигли нас за 18 часов. Астрономы могли получать информацию с «Вояджера» только благодаря огромному массиву 70-метровых спутниковых тарелок и передовым технологиям, о которых нельзя было и вообразить, не говоря уже о том, чтобы изобрести, когда зонд покинул Землю в 19 году.77.

Солнце производит постоянный шквал частиц высокой энергии, известный как солнечный ветер, который может подниматься и опускаться в зависимости от активности нашей звезды. внутри нашей Солнечной системы. Чуть больше года спустя последние вздохи угасающего ветра достигли «Вояджера-1», который пересек межзвездное пространство в 2012 году. другой на ту же сумму ниже. Всплеск солнечного ветра достиг их в разных регионах в разное время, что дало полезные подсказки о природе гелиопаузы.

Данные показали, что турбулентная граница имеет толщину в миллионы километров. Он покрывает миллиарды квадратных километров поверхности гелиосферы.

Гелиосфера также неожиданно велика, что говорит о том, что межзвездная среда в этой части галактики менее плотная, чем думали люди. Солнце прокладывает путь в межзвездном пространстве подобно лодке, движущейся по воде, создавая «носовую волну» и оставляя за собой след, возможно, с хвостом (или хвостами) по форме, похожей на хвосты комет. Оба «Вояджера» вышли через «нос» гелиосферы и поэтому не предоставили никакой информации о хвосте.

« По оценкам «Вояджеров», толщина гелиопаузы составляет около одной астрономической единицы (93 миллиона миль, что является средним расстоянием между Землей и Солнцем)», — говорит Проворникова. «Это не совсем поверхность. Это регион со сложными процессами. И мы не знаем, что там происходит».

Солнечные и межзвездные ветры не только создают турбулентное перетягивание каната в пограничной области, но и частицы меняют заряды и импульсы. В результате часть межзвездной среды превращается в солнечный ветер, фактически увеличивая выталкивание пузыря наружу.

И хотя всплеск солнечного ветра может предоставить интересные данные, похоже, он оказывает на удивление малое влияние на общий размер и форму пузыря. Оказывается, то, что происходит за пределами гелиосферы, имеет гораздо большее значение, чем то, что происходит внутри. Солнечный ветер может увеличиваться или уменьшаться с течением времени, не оказывая существенного влияния на пузырь. Но если этот пузырь переместится в область галактики с более плотным или менее плотным межзвездным ветром, то он сожмется или вырастет.

Но многие вопросы остаются без ответа, включая вопрос о том, насколько типичным может быть наш защитный пузырь солнечного ветра.

Солнечная гелиосфера образует длинный хвост, прокладывая себе путь через межзвездную среду в своем путешествии по галактике. Вселенная.

«То, что мы изучаем в нашей собственной системе, расскажет нам об условиях развития жизни в других звездных системах», — говорит она.

Во многом это связано с тем, что, сдерживая межзвездную среду, солнечный ветер также не пропускает опасные для жизни бомбардировки излучением и смертоносными высокоэнергетическими частицами, такими как космические лучи, из дальнего космоса. Космические лучи — это протоны и атомные ядра, летящие в космосе почти со скоростью света. Они могут образовываться при взрывах звезд, коллапсах галактик в черные дыры и других катастрофических космических событиях. Область за пределами нашей Солнечной системы покрыта густым дождем из этих высокоскоростных субатомных частиц, которые были бы достаточно мощными, чтобы вызвать смертельное радиационное отравление на менее защищенной планете.

«Вояджер» окончательно заявил, что 90% этого излучения отфильтровывается Солнцем, — говорит Джейми Рэнкин, исследователь гелиофизики из Принстонского университета и первый человек, написавший докторскую диссертацию на основе межзвездных данных «Вояджеров». «Если бы нас не защищал солнечный ветер, я не знаю, были бы мы живы».

Три дополнительных зонда НАСА скоро присоединятся к «Вояджерам» в межзвездном пространстве, хотя у двух уже закончилось питание и они перестали возвращать данные. Эти несколько крошечных уколов на гигантской границе сами по себе будут предоставлять только ограниченную информацию. К счастью, ближе к дому можно провести более масштабное наблюдение.

Международный исследователь границы НАСА (Ibex), крошечный спутник, который вращается вокруг Земли с 2008 года, обнаруживает частицы, называемые «энергетическими нейтральными атомами», которые проходят через межзвездную границу. Ibex создает трехмерные карты взаимодействий, происходящих по всему краю гелиосферы.

Миссия Ibex обнаружила ленту высокоэнергетических атомов, отраженных от края гелиосферы галактическим магнитным полем (Фото: НАСА)

«Вояджеры» в качестве наземных метеостанций», — говорит Рэнкин. Она использовала данные Voyager, Ibex и других источников для анализа меньших всплесков солнечного ветра и в настоящее время работает над статьей, основанной на гораздо более крупном взрыве, начавшемся в 2014 году. Уже сейчас данные показывают, что гелиосфера сжималась, когда «Вояджер-1» прошел границу, но снова расширился, когда «Вояджер-2» пересек ее.

«Это довольно динамичная граница, — говорит она. «Удивительно, что это открытие было зафиксировано на 3D-картах Ibex, что позволило нам одновременно отслеживать локальные отклики «Вояджеров»».

Козерог показал, насколько динамичной может быть граница. В первый год своего существования он обнаружил гигантскую ленту энергичных атомов, извивающуюся через границу, которая менялась со временем, причем черты появлялись и исчезали всего на шесть месяцев. Лента оказывается областью носа гелиосферы, где частицы солнечного ветра отскакивают от галактического магнитного поля и отражаются обратно в Солнечную систему.

Когда «Вояджер-2» покинул Солнечную систему, он обнаружил резкий всплеск космических лучей, от которых нас защищает гелиосфера. Хотя они покинули гелиосферу, они все еще находятся в пределах досягаемости многих других влияний нашего Солнца. Свет Солнца, например, будет виден невооруженным глазом с других звезд. Гравитация нашей звезды также распространяется далеко за пределы гелиосферы, удерживая на месте далекую разреженную сферу из льда, пыли и космического мусора, известную как Облако Оорта.

Объекты Оорта все еще вращаются вокруг Солнца, несмотря на то, что летают далеко в межзвездном пространстве. В то время как некоторые кометы имеют орбиты, которые достигают облака Оорта, область в 186-930 миллиардов миль (300-1500 миллиардов км) обычно считается слишком далекой для того, чтобы мы могли отправлять собственные зонды.

Эти отдаленные объекты почти не изменились с момента образования Солнечной системы и могут содержать ключи ко всему, от того, как формируются планеты, до вероятности возникновения жизни в нашей Вселенной. И с каждой волной новых данных возникают новые загадки и вопросы.

«Вояджер-1» пересек межзвездное пространство в 2012 г. 100 астрономических единиц от Солнца, но перед ним все еще находится огромное облако Оорта (Фото: НАСА/Лаборатория реактивного движения-Калтех) или всей гелиосферы, эффекты которой еще предстоит расшифровать. Кроме того, гелиосфера, похоже, скатывается в межзвездное облако частиц и пыли, оставшихся от древних космических событий, влияние которых на границу — и на тех из нас, кто живет в ней, — не было предсказано.

«Он мог изменить размеры гелиосферы, он мог изменить ее форму», — говорит Проворникова. «У него могут быть разные температуры, разные магнитные поля, разная ионизация и все эти разные параметры. Это очень интересно, потому что это область многих открытий, а мы так мало знаем об этом взаимодействии между нашей звездой и местной галактикой».

Что бы ни случилось, два металлических набора размером с автомобиль, прикрепленные болтами к маленьким параболическим тарелкам — бесстрашные зонды «Вояджер» — станут авангардом нашей Солнечной системы, раскрывая все больше и больше информации об этой странной и неизведанной территории по мере нашего продвижения в космосе.

  —

Присоединяйтесь к миллиону поклонников Future, поставив лайк нам в Facebook или подпишитесь на нас в Twitter 90 014 или Instagram .