Жидкая межзвездная каша. Где на самом деле заканчивается Солнечная система

Есть ли у Солнечной системы хоть сколько-нибудь определимая граница и смог ли хоть один искусственный объект достичь ее?

В бытовом представлении Солнечная система ограничивается орбитой самой отдаленной от Солнца планеты, Нептуна. Но в действительности процессы, происходящее в нашей системе, оказывают определяющее влияние на объекты намного более далекие, чем Нептун. Фил Плейт — о том, какие существуют представления о границах Солнечной системы и смог ли все-таки «Вояджер-1», самый удаленный от Земли искусственный объект, добраться до межзвездного пространства.

Мы, современные люди, всё тщательней и тщательнее следим за своими границами, не так ли?

В конце концов, они делают жизнь проще. Если мы хотим что-то классифицировать, мы будем раскладывать явления по каким-то заранее поименованным коробкам. Если мы хотим выявить какие-то закономерности, то четкие границы помогут нам сравнивать вещи в одной категории.

Однако может возникнуть и путаница. Особенно если мы возьмем что-то размытое и нечеткое и попытаемся вбить квадратный колышек в круглое отверстие.

Вот возьмем Солнечную систему.

Если вы попробуете ее представить, то, скорее всего, у вас в памяти всплывет картинка с Солнцем в центре и свитой планет, вращающихся вокруг него. Вы проведете воображаемую окружность примерно в четырех-пяти миллиардах километрах от нас (что примерно соответствует орбитальному расстоянию Нептуна): всё, что находится по эту сторону линии, находится внутри Солнечной системы, а всё, что дальше — за ее пределами.

Вы можете догадаться, к чему я клоню. Эта линия, которую вы представили в своей голове, очень произвольна и, осмелюсь сказать, неверна.

Во-первых, далеко за этой линией находятся ледяные тела, называемые транснептуновыми объектами (ТНО), которые, несмотря на отдаленность, остаются связанными с Солнцем гравитацией. Некоторые ТНО вращаются вокруг Солнца по поясу Койпера, а другие — еще дальше по облаку Оорта, которое простирается на триллион километров вокруг звезды. В таком масштабе даже внешние планеты, вращающиеся вокруг Солнца, кажутся расположенными очень близко друг к другу.

И во-вторых, то, где нам следует прочертить границу Солнечной системы, зависит от того, как мы определим эту систему и пространство вне ее.

Недавно я увидел хорошую новость: инженерам удалось заставить «Вояджер-1» снова связаться с Землей. Зонд для исследования далекого космоса был запущен в 1977 году и сейчас находится на ошеломлящем расстоянии в 24 миллиарда километров от Земли, то есть в 160 раз дальше, чем Солнце. В ноябре прошлого года на космическом корабле произошел аппаратный сбой — связь была нарушена. Тогда «Вояджер-1» отремонтировали — инженеры ожидают, что он восстановит большинство своих функций.

Это напомнило мне то, что произошло в сентябре 2013 года, когда «Вояджер-1» находился «всего» в 19 миллиардах километров от Земли: НАСА объявило, что космический корабль вошел в межзвездное пространство в августе 2012 года. В то время многие люди говорили о том, что «Вояджер» наконец-то покинул Солнечную систему.

Так мы вновь сталкиваемся с вопросом о том, где «кончается» Солнечная система. По любому определению, даже самому нечеткому, «Вояджер-1» всё еще находился в пределах Солнечной системы. Конечно, он был, есть и будет ближе к Солнцу, чем большинство ТНО, однако в НАСА были правы: «Вояджер-1» находится в межзвездном пространстве.

Как это может быть?

Эта путаница возникает из-за двух разных взглядов на определение Солнечной системы. Одно из них опирается на гравитационное влияние Солнца на объекты, вращающиеся вокруг него, другое — на его магнитное влияние, передающееся в глубины космоса солнечным ветром.

Солнечный ветер — это поток субатомных частиц, которые Солнце непрерывно выдувает в космос. Он распространяется с большой скоростью, почти в два миллиона километров в час, и состоит из электронов, протонов, нейтронов и более тяжелых атомных ядер. Почему ветер достигает таких высоких скоростей, всё еще не ясно. Ученые знают, что движущей силой является солнечный магнетизм, но точный механизм до сих пор не изучен.

Если бы межзвездное пространство действительно было пустым, солнечный ветер устремился бы в галактику и в конечном итоге полностью покинул бы Млечный Путь. Но пространство это вовсе не пусто. На самом деле там есть материя, только совсем немного: в среднем примерно одна субатомная частица на кубический сантиметр. Воздух, которым вы сейчас дышите, примерно в 10 квинтиллионов раз плотнее, поэтому можно сказать, что межзвездное вещество представляет собой что-то вроде жидкой каши.

Когда солнечный ветер врезается в этот тонкий космический пар, он теряет импульс, замедляется, и в конечном итоге затихает — это поэтически называют гелиопаузой. Область, где это происходит, считают внешней границей гелиосферы, то есть того объема пространства, в котором доминирует солнечный ветер. В области гелиопаузы магнитное влияние Солнца ослабевает, а влияние межзвездного пространства (материи между звездами) усиливается.

Измерения, проведенные «Вояджером-1» в 2012 году, показали, что в той области космоса, где тогда находился зонд, доминировала межзвездная среда.

Таким образом, хотя «Вояджер-1» всё еще находился внутри Солнечной системы, на пространство вокруг него больше влияла галактика в целом, чем Солнце.

Как обычно, когда речь идет о науке, нужно быть крайне осторожными с терминами и их определением.

В интересах науки и академической честности я признаю, что и сам совершил эту ошибку. В начале 2013 года я писал, что «Вояджер-1» покинул Солнечную систему, хотя НАСА тогда заявило, что это не так. Позже НАСА проанализировали свои данные и подтвердили, что космический корабль действительно вошел в межзвездное пространство в 2012 году. Тогда я также тогда отметил, что невозможно определить где заканчивается солнечная гелиосфера. Такие пространства постоянно меняются, а четкие очертания, которые можно было бы измерить, просто отсутствуют.

Это похоже на размышления о том, где заканчивается атмосфера Земли и начинается космос, — дебаты по поводу так называемой линии Кармана. Недавно я писал об этом: в обоих случаях мы имеем дело со своего рода атмосферой. Разница здесь в том, что атмосфера Земли исчезает постепенно с высотой, плавно смешиваясь с (почти совершенным) вакуумом космоса, тогда как у гелиосферы всё же есть граница. С одной стороны, эта нейтральная зона довольно широка — это десятки миллиардов километров, но, с другой, она очень мала по сравнению с размерами самой гелиосферы.

Поскольку «Вояджер-1» уже давно миновал межзвездную версию линии Кармана, он уже на пути в галактику. Надеюсь, что он и дальше будет проводить измерения межзвездной среды и передавать их на Землю. Даже спустя 46 лет он всё еще нарушает границы.