Кто станет новым лидером Франции

Щит оказался с пузырями

Магнитные пузыри на границе Солнечной системы могут искажать внешнюю электромагнитную картину

Дмитрий Малянов 17.06.2011, 15:43
NASA/Goddard Space Flight Center/CI Lab

Надежный магнитный щит, защищающий Солнечную систему от галактического излучения, больше напоминает кипящую пену из гигантских пузырей. Новые данные, полученные от «Вояджеров», меняют наши представления о важных процессах, происходящих на границе гелиосферы — входных воротах космического дома, в котором мы живем.

Наряду с «Пионерами» автоматические станции «Вояджер-1» и «Вояджер-2», запущенные NASA для исследования газовых гигантов и их спутников во второй половине 70-х годов прошлого века, спустя тридцать с лишним лет продолжают поставлять научные сюрпризы и остаются пока единственными творениями человеческого разума и рук, покинувшими пределы Солнечной системы.

Точнее сказать, покидающими.

Магнитная обстановка на границе гелиосферы, какой она представлялась раньше (слева), и как она, скорей всего, выглядит в действительности (справа). Условная интерпретация // Nature
Магнитная обстановка на границе гелиосферы, какой она представлялась раньше (слева), и как она, скорей всего, выглядит в действительности (справа). Условная интерпретация // Nature

В настоящий момент «Вояджеры» летят внутри гелиосферной мантии — пограничной области гелиосферы (условного геометрического пузыря, раздуваемого плазмой солнечного ветра, движущегося со сверхзвуковыми скоростями порядка 400 км в секунду), находящейся за пределами ударной волны — поверхности внутри гелиосферы, где происходит резкое замедление солнечного ветра до звуковых скоростей вследствие столкновения солнечной плазмы с ионизованными атомами галактического газа, скорость звука в котором варьируется в зависимости от плотности и составляет порядка 100 км в секунду.

Граница ударной волны непостоянна и зависит от солнечной активности, но зафиксированное аппаратурой «Вояджеров» обратное движение заряженных частиц солнечного ветра позволило однозначно утверждать, что станции

окончательно миновали этот важный рубеж в 2004 и 2007 годах на расстояниях 94 а. е. («Вояджер 1») и 76 а. е. («Вояджер-2») от Солнца.

Каплевидная форма гелиосферы (еще один сюрприз от «Вояджеров»), толщина которой со стороны набегающего межзвездного вещества меньше, чем с противоположной, объясняется, по всей видимости, неравномерным движением галактического вещества вокруг центра Млечного Пути.

Следующий сюрприз, изменивший наши представления о том, что творится на дальних подступах к внутренним областям звездной системы, в которой мы живем, «Вояджеры» преподнесли уже из этой «серой» зоны — гелиосферной мантии, граничащей с межзвездным веществом.

Диаметр каждого такого магнитного пузыря составляет порялка 100 млн километров. Компютерная модель. // Nature
Диаметр каждого такого магнитного пузыря составляет порялка 100 млн километров. Компютерная модель. // Nature

Открывшаяся новая картина сподвигла команду астрофизиков и специалистов по элементарным частицам выстрелить «тройным залпом» — организовать телеконференцию в NASA и выступить со статьей в Nature, основанной, в свою очередь, на более строгой и специализированной публикации в Astrophysical Journal.

Что же так сильно озадачило астрофизиков?

Вопреки сформировавшимся за пятьдесят лет гипотезам, наблюдатели столкнулись на границе Солнечной системы не с линейным и постепенно убывающим магнитным полем, или магнитным ламинаром, а с кипящей пеной из локально намагниченных областей протяженностью сотни миллионов километров каждый — подвижной ячеистой структурой, внутри которой линии магнитного поля постоянно разрываются, рекомбинируются и образуют новые области — магнитные «пузыри».

«Магнитные поля заключены в этих областях, как в пузырях, связанных друг с другом, но уже не с материнским магнитным полем Солнца», — подчеркнул один из участников конференции и соавтор исследования Джим Дрейк из Университета штата Мэриленд (США).

Для объяснения данных, поступивших с «Вояджеров», физики разработали компьютерную модель, демонстрирующую механизм этого феномена.

Солнце, как и многие небесные тела, в том числе наша Земля, обладает магнитным полем, линии которого ориентированы в сторону Солнца в Северном полушарии, и от Солнца — в Южном полушарии звезды. Противоположно ориентированное магнитное поле разделено гелиосферным токовым слоем — областью в экваториальной плоскости Солнца, где поле меняет полярность на противоположную. Из-за того что ось магнитного поля наклонена по отношению к оси вращения Солнца, его магнитное поле извивается в форме сложной спирали, а токовый слой разделяет эту спираль на сектора с различной полярностью. В результате

вращающееся магнитное поле Солнца приобретает сложную складчатую форму, чем-то напоминающую балетную пачку.

За границей ударной волны, с уменьшением скорости солнечного ветра, раздувающего магнитное поле Солнца в огромный пузырь гелиосферы, расстояния между его «складками» резко уменьшаются. Когда промежутки между разнополярными складками достигают критически малых значений, линии магнитных полей разрываются, переплетаются и от спирали отпочковываются новые участки поля — магнитные пузыри. Границы гелиосферы в этом случае напоминает уже не изрезанную береговую линию, а линию прибоя, отделяющую внутренние области от океана межзведного вещества, куда направляются «Вояджеры».

Удивительно здесь то, что феномен рекомбинации линий магнитного поля Солнца, ответственный за разгон заряженных частиц до высоких скоростей, то есть солнечные вспышки, оказался «работоспособен» и на огромных расстояниях от звезды. Физика этого явления интересна сама по себе, дополняя наши знания о материи.

Однако вторым и более практичным следствием, на которое указывают авторы, является пересмотр сценариев взаимодействия гелиосферы с галактическим излучением — высокоэнергетическими частицами и квантами, бомбардирующими Солнечную систему. Раз внешние области гелиосферы напоминают уже не «отполированный» магнитный щит с предсказуемыми параметрами, а скорей мембрану, частицы, разогнанные взрывами сверхновых, и высокоэнергетические кванты встречают на пути к Земле входной магнитный фильтр совершенно иной, нежели предполагалось ранее, конфигурации.

Является ли он более «прозрачным», тормозят или, наоборот, еще больше разгоняют магнитные пузыри галактических «гостей» и как вообще такой магнитный «прибой» меняет для наблюдателя, находящегося внутри Солнечной системы, внешнюю электромагнитную картину мира (добавляя головной боли радиоастрономам), еще только предстоит выяснить.