Наши галактические соседи.                         стр 1 2

Рисунок 6. Межзвездный гелий (розовые дуги), проникающий в гелиосферу, фокусируется солнечной гравитацией в конус. Около 10% межзвездных частичек это атомы гелия. Солнце проходит через гелиевый конус каждый год в конце ноября.

     Со времени этого открытия было обнаружено много других явлений, свидетельствующих о присутствии межзвездного газа в Солнечной системе. В пределах нескольких астрономических единиц от Солнца большая часть межзвездных атомов водорода ионизирована. Атомы гелия успевают приблизиться к Солнцу на расстояние в одну астрономическую единицу, прежде чем они ионизируются солнечным излучением, а отдельные атомы совсем избегают ионизации. Поток межзвездных атомов, движущихся в сторону Солнца, фокусируется солнечной гравитацией в конус, через который Земля проходит каждый год в конце ноября.

Рисунок 7. Моделирование гелиосферы показывает, что она станет нестабильной после возможного попадания в значительно более плотное газово-пылевое облако, чем то, в котором она движется сейчас. Такие изменения могут даже воздействовать на состав атмосфер внешних планет, вплоть до Земли.

     Ионизированные атомы гелия подхватываются потоком солнечного ветра и уносятся к границе гелиосферы. Поскольку такие "подхваченные" ионы являются продуктами взаимодействия между солнечным ветром и межзвездным веществом, измерение их количества и характеристик является ключиком к разгадке свойств межзвездного вещества. Открытие "подхваченных" ионов произошло в середине 1980х годов.
После достижения ионами гелия ударной зоны на границе гелиосферы, они ускоряются и образуют компонент, известный как "аномальная составляющая космических лучей". "Аномальными" они являются потому, что их энергии недостаточны для проникновения в солнечную систему снаружи, указывая, что они должны были сформироваться внутри солнечной системы. Другими словами, мы наблюдаем, как эти частицы буквально носятся внутри гелиосферы: они влетают в солнечную систему как нейтральные атомы, двигаются к границе гелиосферы как "подхваченные ионы" и снова возвращаются внутрь солнечной системы как "аномальные космические лучи".

  Но частички размером с атом - это не единственные "пришельцы", залетающие в солнечную систему из космоса. Детекторы пыли, установленные на борту знаменитых космических аппаратов "Улисс" и "Галилео" зафиксировали поток крупных пылевых частичек, двигающихся с той же скоростью и направлением, что и Местный Межзвездный Ветер. Их размер заключен в пределах 0.2 - 6 мкм (меньшие пылевые частички электрически заряжены, поэтому они им не удается проникнуть во внутренние области солнечной системы). Самые крупные частички имеют траектории, совершенно независимые от солнечного ветра или циклов солнечной активности. Почти как атомы гелия, эти частицы фокусируются солнечной гравитацией, и Земля также проходит через их уплотненный поток каждый год в конце ноября.
Наше галактическое окружение изменяется, и мы не знаем, какие объекты могут нам встретиться в будущем. Наблюдения соседних межзвездных облаков показывают, что в них существуют небольшие по размерам уплотнения (от 100 до 10000 а.е.), которые могут содержать до 1000 частиц в кубическом сантиметре! При прохождении Солнцем подобной уплотненной туманности, размеры гелиосферы изменились бы просто катастрофически. Компьютерное моделирование такой встречи показывает, что если бы плотность местного межзвездного ветра выросла бы до 10 частиц в кубическом сантиметре, гелиосфера сжалась бы до 15 а. е., а гелиопауза потеряла бы стабильность. Плотность межзвездного водорода на расстоянии 1 а. е. выросла бы до 2х атомов в кубическом сантиметре, что значительно изменило бы состав межпланетной среды, окружающей Землю.

Рисунок 8. Количество пылевых частиц, попадающих в Солнечную систему, зависит от размера этих частиц (существуют настолько мелкие частички, что они вообще неспособны проникнуть внутрь). Наиболее крупные частички (размером около 1.4 мкм) фокусируются наподобие межзвездного ветра и Земля проходит через их поток каждый год в конце ноября. Динамика меньших частиц (размерами около 0.2 мкм) зависит от взаимодействия с магнитным полем, в результате которого такие частицы начинают двигаться вдоль магнитных силовых линий.

При плотности местного межзвездного ветра 1000 частичек в кубическом сантиметре, такие планеты как Сатурн, Уран, Нептун и Плутон полностью погрузились бы в межзвездный газ. Но до расстояния 1 а.е. от Солнца солнечный ветер по-прежнему преобладал бы над межзвездным ветром. Поэтому можно сказать, что Солнечный ветер защищает внутренние планеты от изменений в галактическом окружении Солнца.

  Существуют свидетельства, что подобные изменения могли неоднократно происходить в прошлом. Исследования концентрации бериллия-10 (период полураспада 1.5 миллионов лет) в Антарктике обнаружили два всплеска, произошедшие 60000 и 33000 лет назад. Такие всплески объясняются сильным изменением уровня космических лучей, которые могут быть следствием либо вспышки недалекой сверхновой, либо встречей с плотной частью местного межзвездного облака. В пользу возможной вспышке сверхновой говорит обнаружение уровня повышенной концентрации железа-60 в отложениях морского дна. Железо-60 это радиоактивный изотоп железа, образующийся при вспышках сверхновых. Это открытие, возможно, свидетельствует о вспышке сверхновой около 5 миллионов лет назад в пределах 90 световых лет от Солнца.

  Для исследователей в этой области открываются широчайшие возможности! Ведь понимание взаимодействия межзвездного ветра и солнечного ветра в прошлом и настоящем дало бы возможность прогнозировать поведение гелиосферы в будущем. Значительную помощь прогнозированию окажет составление максимально подробной галактической карты. Самым лучшим способом исследовать местную межзвездную среду является запуск межзвездного зонда, который смог бы прямо на месте быстро определять состав космической среды и немедленно сообщать на Землю обо всех его изменениях.

Рисунок 9. Прямое и точное определение всевозможных характеристик межзвездного пространства станет возможным с предполагающимся запуском межзвездного зонда. Современные технологии позволят зонду добраться до гелиопаузы за 15 лет и начать изучение нашего галактического окружения.

Быстрые оценки свойств местного межзвездного газа с высокой точностью необходимы для понимания свойств межзвездных облаков. Потому что, наблюдая их в телескоп, мы изучаем сразу большой участок туманности, размером в несколько десятков или сотен световых лет и не можем разложить его на составляющие. Кроме того облака, разделяющие нас и изучаемый объект, вносят неточности, мешают измерениям. Межзвездный зонд разрабатывается для того, чтобы исследовать природу межзвездного средства и его взаимодействия с солнечным ветром и солнечной системой. Он обеспечит детальную информацию на составе, положении ионизацией, магнитных полях, плотности и других физических свойствах облака окружающего солнце. Вместе с тем, результаты от запуска такого зонда будут получены быстрее, чем можно себе представить. Современные двигатели позволят зонду развить скорость в 14 а.е. в год, значит на расстояние в 150 а.е., где будут проводиться основные исследования, корабль будет добираться не более 15 лет. Этому кораблю суждено дать начало новой эре - эре окончательного выхода в межзвездное пространство!

Назаров С.В. 15.03.05