Запущен «Картограф» границ гелиосферы

Небольшой спутник стоимостью чуть более 165 миллионов долларов был запущен 19 октября 2008 г с помощью ракеты Pegasus XL с борта самолета L-1011. Такие запуски производятся в районе экватора, что позволяет максимально эффективно использовать вращение Земли для придания аппарату начальной скорости.

После выхода на двухсоткилометровую орбиту были включены собственные двигатели спутника (две трети его массы составляет топливо), которые после нескольких недель маневров выведут аппарат на высокую орбиту высотой более 300 тыс. км от Земли. Это необходимо для того, чтобы исключить влияние геомагнитного поля.

Солнечный ветер — это сверхзвуковой поток летящей от Солнца плазмы. На некотором расстоянии он сталкивается со сверхзвуковым потоком межзвездной среды. В результате образуется гелиопауза, с одной стороны которой находится плазма солнечного ветра, а с другой — плазма межзвездной среды. Гелиопауза является своеобразным препятствием и для солнечного ветра, и для межзвездной среды. Так как при обтекании препятствия сверхзвуковым потоком всегда образуются ударные волны, то они возникают и в солнечном ветре, и в межзвездной среде. Эти волны называются, соответственно, гелиосферной и межзвездной ударными волнами. Под границей гелиосферы обычно понимают область, заключенную между гелиосферной ударной волной и внешней ударной волной, между которыми находится гелиопауза.

Из-за движения Солнца относительно окружающей его межзвездной среды гелиосфера не обладает сферической симметрией. Расстояние до гелиопаузы в направлении движения Солнца относительно межзвездной среды оценивается в 150-200 астрономических единиц (астрономическая единица — это расстояние от Земли до Солнца, составляющее примерно 150 млн. км), но до настоящего времени оно точно не известно. Расстояние до гелиосферной ударной волны, разумеется, меньше и составляет порядка 85-95 а.е. Именно ее и пересекли аппараты «Вояджер-1» и «Вояджер-2» в 2004 г. и 2007 г. соответственно. Это первые космические аппараты, которые преодолели такие большие расстояния. «Вояджеры» как бы «прокололи» гелиосферную ударную волну в двух точках, т.е. в двух направлениях удалось точно определить расстояние до гелиосферной ударной волны. Оно составило ~94 а.е. в направлении «Вояджера-1» и 84 а.е. в направлении «Вояджера-2». Ученым, конечно же, хотелось бы иметь не только информацию в нескольких точках, а сразу получить трехмерную картину границ гелиосферы. Для этого и предназначен IBEX.

Аппарат не отправится в далекое путешествие к границам Солнечной системы. Обращаясь вокруг Земли, вне области влияния ее магнитного поля, аппарат будет улавливать т.н. «энергичные нейтральные атомы». Эти частицы прилетают к нам от гелиопаузы. таким образом, собирая и исследуя эти частицы, определяя направления их прихода, можно отсканировать всю границу нашего гелиосферного «пузыря».

Детальное изучение гелиосферы важно не только само по себе, но еще и потому, что от ее свойств зависит, как галактические космические лучи проникают во внутренние области Солнечной системы. Не исключено, что существенное изменение потока космических лучей может влиять на климат Земли.

Дать комментарий по поводу запуска IBEX согласился участник этого проекта, доцент механико-математического факультета МГУ и зав. лаб. ИКИ РАН Владислав Измоденов.

— Что такое «энергичные нейтральные атомы», и почему именно они помогут построить трехмерную картину границы гелиосферы?

— Энергичные нейтральные атомы (ЭНА, диапазон энергий 0,1-10 кэВ) образуются в области внутреннего ударного слоя — между гелиосферной ударной волной и гелиопаузой — вследствие процесса перезарядки протонов солнечного ветра на обычных межзвездных протонах. В результате перезарядки образуется нейтральный атом, который обладает энергией бывшего протона-партнера по перезарядке. Вновь образованные в результате перезарядки атомы имеют огромные длины свободного пробега (ведь это нейтральные частицы, и магнитное поле в солнечном ветре не влияет на них), поэтому часть из них проникает в области, близкие к Солнцу. Именно эти частицы и будет регистрировать IBEX. Так как IBEX будет измерять потоки ЭНА, прилетающие со всех направлений, то, анализируя эти потоки, можно будет восстановить трехмерную картину течения плазмы в области внутреннего ударного слоя, т.е. создать «карту» границы гелиосферы.

— Что ждут от IBEX? Есть ли сюрпризы?

— На прошлой неделе при запуске IBEX’a его научная команда обсуждала не столько сам IBEX (ведь данных с него еще нет), сколько данные по ЭНА, полученные на космическом аппарате STEREO и опубликованные в Nature. Полученные на STEREO результаты просто удивительны, их еще предстоит объяснить. Кстати, «Вояджеры» тоже преподнесли нам массу интересных сюрпризов. Например, гелиосферная ударная волна оказалось на 10 а.е. ближе к Солнцу в направлении «Вояджера-2», чем в направлении «Вояджера-1». Хотя, согласно теории, должна быть дальше. Такая форма гелиосферной ударной волны может быть объяснена только существенным влиянием межзвездного магнитного поля. Еще одним сюрпризом является то, что даже после прохождения гелиосферной ударной волны солнечный ветер продолжает быть сверхзвуковым.

Научная команда IBEX’a очень надеется, что IBEX поможет разрешить массу загадок, которые поставили перед нами «Вояджеры» и STEREO. Однако потоки гелиосферных ЭНА никогда раньше не измерялись в таком широком диапазоне энергий и направлений и приборами с такой высокой чувствительностью, поэтому несомненно, что IBEX принесет много неожиданностей и новых открытий.

— В чем проявилось участие российских ученых?

— Наш вклад — разработка теоретической модели границы гелиосферы. То есть модели, которая легла в основы всех проработок проекта, а также будет использована при интерпретации данных, полученных на этом космическом аппарате.

Принятая в настоящее время теоретическая концепция границы гелиосферы была предложена и разрабатывалась в СССР Владимиром Борисовичем Барановым и его коллегами и учениками начиная с 1970 года. Сейчас у нас разработана сложная многомерная кинетикогазодинамическая модель. Многие результаты, полученные в ее рамках, уже получили свое подтверждение.

— Планируются ли миссии, которые будут непосредственно изучать границу гелиосферы «на месте»?

— Да. Правда, не в ближайшие несколько лет. В NASA есть достаточно проработанная концепция аппарата Interstellar Probe, который будет иметь скорость порядка 10-15 а.е. в год и достигнет гелиопаузы за 10 лет. Европейским космическим агентством прорабатываются аналогичные проекты. В России на недавнем заседании профильной секции Совета по космосу обсуждались предложения по НИР для разработки российского аппарата для исследования границ гелиосферы. Предложения получили определенную поддержку.

На мой взгляд, человечество уже в ближайшее время (20-30 лет) вступит в следующую фазу освоения космического пространства — фазу выхода космического аппарата в межзвездную среду. Нам в России просто необходимо начать разработку такого космического аппарата уже сейчас, чтобы впоследствии лидировать или по крайней мере участвовать на равных в крупном международном проекте (а такой проект неминуемо будет международным) по запуску аппарата к границам гелиосферы и в межзвездную среду, а не находиться в роли стороннего наблюдателя.

Сайт проекта: http://ibex.swri.org
Сергей Попов