Космос подпоясал Солнечную систему

В ночь на понедельник, 20 октября 2008 года, самолет L-1011 по прозвищу «Звездочет» поднялся со взлетно-посадочной полосы атолла Кваджалейн в Тихом океане и взял курс на северо-восток. Через четверть часа, после набора высоты, самолет плавно завернул на север, а еще через 7 минут повернул на запад, в сторону знаменитого атолла Бикини. Под брюхом «Звездочета» висела тяжелая ракета Pegasus XL с очень важным грузом.

Однако ракете не суждено было поразить старый ядерный полигон. Не долетев до Бикини полторы сотни километров, самолет снова развернулся, на этот раз на восток -- в сторону, в которую крутится Земля. Через 57 минут после взлета второй пилот «Звездочета» нажал кнопку и сбросил ракету, а еще 5 секунд спустя, когда она упала на безопасное расстояние, зажегся ее двигатель.

Родной пузырь

Так началось космическое путешествие научной станции IBEX, задача которой -- пощупать частицы межзвездного ветра и выяснить, как его поток обдувает Солнечную систему. Меньше чем через полчаса, когда «Звездочет» садился на ВПП атолла Кваджалейн, исследователь межзвездной границы (interstellar boundary explorer -- именно так расшифровывается IBEX) уже начинал свой первый виток вокруг Земли. В последующие дни разгонный блок IBEX постепенно вытягивал его орбиту и в итоге вытянул ее почти до орбиты Луны -- на 300 тыс. км. По этому эллипсу аппарат и крутится уже почти год, собирая бесценную информацию для астрономов и специалистов по космической плазме.

IBEX относится к классу относительно недорогих исследовательских миссий NASA, цена которых не должна превосходить $100-120 млн. На борту космического аппарата только две камеры, и у каждой из них всего один пиксел. По этому показателю ваш цифровой фотоаппарат в миллионы раз круче. Зато камеры IBEX ловят не фотоны, как почти каждый астрономический прибор, а быстро летящие атомы: одна, IBEX-Hi, -- те, что побыстрее, другая, IBEX-Lo, -- те, что помедленнее.

Эти «энергичные нейтральные атомы», или ЭНА, прилетели к нам с самого края гелиосферы -- космических владений Солнца, где солнечный ветер уже затихает, почувствовав встречный поток межзвездной плазмы, но само межзвездное пространство еще не началось. Оно находится за так называемой гелиопаузой -- границей нашего космического пузыря, выдутого солнечным ветром и сплющенного ветром межзвездным. Ударные волны, расположенные по обе стороны от гелиопаузы, защищают Землю и от космических лучей, которые, к примеру, помогают образованию молний и, не исключено, даже влияют на климат нашей планеты.

К счастью, нейтральные атомы через гелиопаузу проникают, а их следы не перепутываются магнитным полем плазмы. Детекторы IBEX, Hi и Lo, рассчитаны на атомы трех видов -- водорода, гелия и кислорода, которые совершенно по-разному взаимодействуют с потоком частиц от Солнца. Водород и кислород солнечный ветер заметно придерживает, а гелий в этом плане почти инертен (по причинам, сходным с теми, что определяют его химическую инертность). Сравнивая потоки и энергии атомов с разных направлений, ученые надеются понять, как устроена переходная область между гелиосферой и межзвездным пространством.

Ураган не пройдет

Между прочим, помимо таких наблюдений человечество способно проводить прямые исследования с помощью зондов, которые находятся непосредственно на месте событий. Американские межпланетные станции Voyager 1 и Voyager 2 несколько лет назад пересекли внутреннюю ударную волну со стороны набегающего межзвездного потока, попутно выяснив, что гелиопауза приплюснута с юга. За ними следует аппарат Pioneer 11, а его напарник Pioneer 10 находится с противоположной стороны, в хвосте нашего пузыря.

Тем не менее эти зонды, по словам ученых, сродни метеостанциям, которые очень хорошо фиксируют погоду, но лишь в одном месте. IBEX -- что-то вроде метеорологического спутника Земли, который видит глобальную погодную картину. Если бы на Земле было всего четыре метеостанции, ученые бы не знали даже о циклонах ураганных масштабов -- за теми редкими исключениями, что проходят непосредственно над станциями.

IBEX составил глобальную карту гелиосферы, как ее видно в потоках энергетических нейтральных атомов. И, как оказалось, самый заметный, по-настоящему глобальный и совершенно не ожидавшийся учеными «ураган» прошел ровно посредине между траекториями двух Voyager. Сразу пять статей, рассказывающих о нейтральных атомах, карте, «урагане» и выводах, которые ученые успели сделать из этой находки, принято к публикации в Science. К этой пятерке примыкает похожее исследование, сделанное не с Земли, а с Сатурна -- с помощью космической станции Cassini, кружащейся вокруг окольцованной планеты с 2004 года.

Межзвездный пояс

Формально IBEX -- исследовательская миссия американского космического агентства. Тем не менее в его разработку и создание внесли вклад ученые не только из США, но и из Германии, Польши, России и Швейцарии. Нашу страну в проекте представлял доктор физико-математических наук Владислав Измоденов, работающий на механико-математическом факультете МГУ, а также в Институте космических исследований и Институте проблем механики РАН. О неожиданных результатах работы автор статей в Science рассказал в интервью Infox.ru.

«Первая же карта, полученная на IBEX, преподнесла большой сюрприз. Был обнаружен гелиосферный пояс энергичных атомов, на картах частиц различных энергий видна яркая широкая полоса, которая, подобно радуге, пересекает все небо, -- рассказал Владислав Измоденов. -- Существование этого пояса никем не ожидалось и не было предсказано ни в одной из моделей внешней гелиосферы. Природа этого пояса также неясна».

Тем не менее некоторые намеки на его происхождение есть. «По-видимому, ориентация пояса сильно коррелирует с направлением межзвездного магнитного поля, -- обращает внимание ученый. -- Возможно, величина межзвездного магнитного поля в окрестности Солнца является достаточно большой».

Кстати, это не первый намек на сильное влияние галактического магнитного поля на строение гелиосферы. В 2007 году, когда второй «Вояджер» пересек ударную волну в солнечном ветре, выяснилось, что гелиосфера сильно сплюснута: с юга она подходит гораздо ближе к Солнцу, чем с севера. «В статье, опубликованной в этом году в Space Science Reviews, мы, проанализировали асимметрию, обнаруженную «Вояджерами», и заключили, что это возможно под влиянием межзвездного магнитного поля», -- отмечает Измоденов.

Впрочем, загадки это не снимает: само по себе наличие сильного межзвездного поля не приводит к образованию пояса из энергичных частиц. По словам российского специалиста, должен быть какой-то физический процесс (или процессы), который и приводит к образованию пояса. «В настоящее время никто не знает, что это за процессы, их еще только предстоит найти», -- признает ученый.

Пояс -- самый яркий, но, может, не самый главный результат работы IBEX. Специалисты не менее воодушевлены и первыми прямыми измерениями распределения межзвездных атомов по энергии. Для атомов гелия подобные измерения в прошлом провел космический аппарат Ulysses, а вот для межзвездных водорода и кислорода они осуществлены впервые.

Старая метла по-новому метет

Владислав Измоденов уверен, что после публикации результатов IBEX появится масса работ о новых концепциях структуры гелиосферы. Тем не менее ученый полагает, что открытие пояса энергичных частиц не приведет к кардинальному пересмотру модели границы гелиосферы.

«Все-таки современная концепция гелиосферы тоже основана на анализе данных с космических аппаратов, таких как «Вояджеры», SOHO, телескоп имени Хаббла, Ulysses и так далее, и использует сложные численные модели с хорошей теоретической основой, -- говорит ученый. -- Безусловно, открытый IBEX пояс еще более расцветит существующие представления о границе гелиосферы, приведет к учету дополнительных физических процессов в моделях. В итоге объяснение пояса, открытого IBЕХ, может привести и разрешению других загадок».

Кстати, вся упомянутая современная модель выросла из коротенькой заметки, опубликованной в 1970 году в «Докладах академии наук» учителем Измоденова -- профессором МГУ Владимиром Борисовичем Барановым.

Ученый уверен, что открытие пояса еще более подстегнет интерес к исследованию внешней гелиосферы. «В первую очередь надо понять природу этого пояса, создать модель, которая сможет воспроизвести измеряемые потоки ЭНА, -- ставит задачу Владислав Измоденов. -- При этом нельзя забывать и о данных «Вояджеров», которые также исследуют границу гелиосферы и приносят нам много загадок».

Все вместе вон из Солнечной системы

По словам ученого, в США сейчас возобновилась активность по подготовке большой новой миссии к границе гелиосферы -- Interstellar Probe. Как и следует из названия, это будет по-настоящему межзвездный зонд. Планируется, что к межзвездной среде он будет двигаться со скоростью 1,5-2 млрд км в год, это в несколько раз быстрее, чем «Вояджеры».

«Аналогичные планы обсуждаются и в европейском космическом агентстве, и мне кажется, новая большая миссия будет международной, -- предсказывает специалист. -- Чтобы Россия могла участвовать в этом проекте на равных, нам надо также заниматься проработкой аналогичного проекта».

Вместе с тем надо будет продолжать и построение карт нейтральных атомов. По словам Измоденова, надо обратить особое внимание на то, как пояс будет вести себя со временем, например будет ли он как-то меняться с солнечным циклом.

«Некоторое время назад я предлагал установить прибор, измеряющий ЭНА, на спутник «Странник», у которого подходящая орбита, -- поделился Измоденов. -- Предложение было хорошо воспринято руководством Института космических исследований РАН, и этот прибор вошел в список предлагаемой для «Странника» аппаратуры. Запуск «Странника» планируется на 2013-2015 годы, когда IBEX закончит свою работу».

Что же касается ближайшего будущего нынешнего космического аппарата, он пока продолжает свою работу. Более того, уже этой осенью NASA должна решить, продлевать ли миссию. «Я практически уверен, что решение будет положительным», –-- говорит Владислав Измоденов.