Измерения с космического аппарата NASA New Horizons пересматривают наши оценки одного ключевого свойства межзвездной среды: ее толщины. Результаты, опубликованные сегодня в Астрофизическом журнале, делятся новыми наблюдениями о том, что местная межзвездная среда содержит примерно на 40% больше атомов водорода, чем предполагали некоторые предыдущие исследования. Полученные результаты объединяют ряд несопоставимых в других отношениях измерений и проливают новый свет на наше соседство в космосе.

Пробираясь сквозь межзвездный туман

Как Земля движется вокруг Солнца, так и вся наша Солнечная система несется по Млечному пути со скоростью, превышающей 50 000 миль в час. Когда мы путешествуем сквозь туман межзвездных частиц, мы защищены магнитным пузырем вокруг нашего Солнца, известным как гелиосфера. Многие межзвездные газы текут вокруг этого пузыря, но не все.

Наша гелиосфера отталкивает заряженные частицы, которые направляются магнитными полями. Но более половины местных межзвездных газов нейтральны, то есть они имеют сбалансированное количество протонов и электронов. Когда мы врезаемся в них, межзвездные нейтралы просачиваются прямо сквозь них, добавляя объем солнечному ветру.

"Это похоже на то, как будто вы бежите сквозь густой туман, набирая воду, - сказал Эрик Кристиан, космический физик из Центра космических полетов имени Годдарда НАСА в Гринбелте, штат Мэриленд. - когда вы бежите, ваша одежда промокает, и это замедляет вас."

Вскоре после того, как эти межзвездные атомы дрейфуют в нашу гелиосферу, они поглощаются солнечным светом и ударяются частицами солнечного ветра. Многие теряют свои электроны в суматохе, становясь положительно заряженными "пикап-ионами"." Эта новая популяция частиц, хотя и измененная, несет с собой тайны тумана по ту сторону.

"У нас нет прямых наблюдений межзвездных атомов с Новых горизонтов, но мы можем наблюдать эти поглощающие ионы", - сказал Павел Свачина, постдокторский исследователь из Принстонского университета и ведущий автор исследования. - Они лишены электрона, но мы знаем, что они пришли к нам как нейтральные атомы из-за пределов гелиосферы."

Космический аппарат NASA New Horizons, запущенный в январе 2006 года, лучше всего подходит для их измерения. Теперь, спустя пять лет после встречи с Плутоном, где он сделал первые снимки карликовой планеты вблизи, он рискует пройти через пояс Койпера на краю нашей Солнечной системы, где ионы поглощения являются самыми свежими. Солнечный ветер космического аппарата вокруг Плутона, или своп-прибор, может обнаружить эти ионы-пикапы, отличая их от обычного солнечного ветра по их гораздо более высокой энергии.

Количество поглощающих ионов, обнаруженных New Horizons, показывает толщину тумана, через который мы проходим. Точно так же, как бегун мокнет, пробегая сквозь густой туман, чем больше ионов поглощения наблюдает New Horizons, тем плотнее должен быть межзвездный туман снаружи.

Расходящиеся измерения

Swaczyna использовал измерения SWAP для получения плотности нейтрального водорода в терминальном ударе, где солнечный ветер сталкивается с межзвездной средой и резко замедляется. После нескольких месяцев тщательных проверок и испытаний они обнаружили 0,127 частиц на кубический сантиметр, или около 120 атомов водорода в пространстве размером с кварту молока.

Этот результат подтвердил проведенное в 2001 году исследование, в котором использовался "Вояджер—2", находящийся на расстоянии около 4 миллиардов миль, для измерения того, насколько замедлился солнечный ветер к моменту его прибытия на космический корабль. Замедление, в основном из-за промежуточных частиц межзвездной среды, предполагало соответствующую межзвездную плотность водорода, около 120 атомов водорода в пространстве размером с кварту.

Но новые исследования сходились вокруг другого числа. Ученые, используя данные миссии НАСА "Улисс", с расстояния чуть ближе к Солнцу, чем Юпитер, измерили поглощающие ионы и оценили плотность около 85 атомов водорода в Кварте пространства. Несколько лет спустя другое исследование, объединившее данные "Улисса" и "Вояджера", дало аналогичный результат.

"Вы знаете, если вы обнаружите, что что-то отличается от предыдущей работы, естественная тенденция-начать искать свои ошибки", - сказал Свачина.

Но после небольшого копания новый номер стал выглядеть как правильный. Измерения новых горизонтов лучше согласуются с наблюдениями, основанными на далеких звездах. Измерения Улисса, с другой стороны, имели недостаток: они были сделаны гораздо ближе к Солнцу, где ионы поглощения более редки и измерения более неопределенны.

-Внутренняя гелиосфера улавливает ионы, которые проходят через миллиарды миль фильтрации, - сказал Кристиан. - Большая часть пути туда, где находятся новые горизонты, имеет огромное значение."

Что касается комбинированных результатов Ulysses/Voyager, то Свачина заметил, что одно из чисел в расчетах устарело, на 35% ниже текущего консенсусного значения. Пересчет с принятым в настоящее время значением дал им приблизительное совпадение с измерениями New Horizons и исследованием 2001 года.

"Это подтверждение нашего старого, почти забытого результата вызывает удивление, - сказал Арик Познер, автор исследования 2001 года в штаб-квартире НАСА в Вашингтоне, округ Колумбия. - мы думали, что наша довольно простая методология измерения замедления солнечного ветра была преодолена более сложными исследованиями, проведенными с тех пор, но это не так."

Новый участок земли

Переход от 85 атомов в Кварте молока к 120 может показаться не таким уж большим. Однако в такой основанной на моделях науке, как гелиофизика, изменение одного числа влияет на все остальные.

Новая оценка может помочь объяснить одну из самых больших загадок в гелиофизике за последние несколько лет. Вскоре после того, как миссия NASA Interstellar Boundary Explorer или IBEX вернула свой первый полный набор данных, ученые заметили странную полосу энергетических частиц, идущих от переднего края нашей гелиосферы. Они называли его "лентой Козерога"."

"Лента Козерога была большой неожиданностью—эта структура на краю нашей Солнечной системы шириной в миллиард миль и длиной в 10 миллиардов миль, о существовании которой никто не знал", - сказал Кристиан. - Но даже когда мы разрабатывали модели того, почему он там оказался, все модели показывали, что он не должен быть таким ярким, как сейчас."

"40% - ная межзвездная плотность, наблюдаемая в этом исследовании, абсолютно критична", - сказал Дэвид Маккомас, профессор астрофизических наук Принстонского университета, главный исследователь миссии НАСА IBEX и соавтор исследования. - Это не только показывает, что наше Солнце находится в гораздо более плотной части межзвездного пространства, но и может объяснить значительную ошибку в наших результатах моделирования по сравнению с фактическими наблюдениями с Козерога."

Но самое главное, что результат дает улучшенную картину нашего местного звездного соседства.

"Это первый раз, когда наши приборы наблюдают поглощающие ионы так далеко, и наша картина местной межзвездной среды совпадает с другими астрономическими наблюдениями", - сказал Свачина. - Это хороший знак."

ИСТОЧНИК