Что покинул Voyager: отрывок из книги «Темная материя и динозавры»

Indicator.Ru публикует отрывок из научно-популярной книги Лизы Рэндалл «Темная материя и динозавры: удивительная взаимосвязь событий во Вселенной», которая вышла в издательстве «Альпина Нон-Фикшн».

В 1977 г. NASA запустило космический зонд Voyager I в рамках четырехлетней программы исследования Сатурна и Юпитера. Несколько десятилетий спустя аппарат по-прежнему работал — невероятный пример надежности — и удалился от Земли за это время на 125 а.е. (чтобы пройти такое расстояние, излучаемому свету требуется значительная часть дня). Voyager достиг такой области космического пространства, где до него не бывал ни один аппарат. Конечно, по ходу полета возникли проблемы с системой сбора информации на основе восьмидорожечной магнитной ленты, перестала работать камера, а аппаратуре зонда сильно не хватало оперативной памяти, объем которой в миллион раз ниже объема памяти современного смартфона, но аппарат сохранил работоспособность и стал единственным искусственным объектом земного происхождения на таком удалении от Земли и Солнца.

Voyager I, несмотря на практически полное моральное устаревание, в 2013 г. вновь замелькал в заголовках новостей, когда NASA объявило, что с 25 августа 2012 г. аппарат находится в межзвездном пространстве. Сообщение в средствах массовой информации о том, что Voyager I достиг края Солнечной системы, вызвало оживленные дебаты прежде всего в научном сообществе, однако не только в нем. Особенно необычными и забавными были посты в Twitter. Восторженные твиты по поводу выхода Voyager за пределы Солнечной системы перемежались с сердитыми, которые требовали прекратить разговоры о «выходе». Я не сразу поняла, в чем дело, но потом до меня дошло, что люди возражают не против повторения этого слова, они сомневаются в правомерности подобного заявления. В самом деле, что именно мы подразумеваем под краем Солнечной системы?

Мы только что совершили, образно говоря, путешествие к облаку Оорта, имеющему все основания считаться краем Солнечной системы, однако ни Voyager, ни какой-либо другой аппарат даже не приблизился к этой очень далекой области. Поскольку связь темной материи и метеорных тел проявляется в области облака Оорта и его окрестностях, попробуем кратко разобраться, что же именно покинул Voyager. Где находятся пределы Солнечной системы и почему ее границу так трудно определить?

Где Voyager — уже за пределами или еще внутри?

Солнечная система занимает малую долю размера видимой Вселенной, тем не менее она чрезвычайно велика. По самым скромным оценкам, она охватывает облако Оорта, которое простирается на расстояние больше расстояния от Земли до Солнца (1 а. е.) как минимум в 50 000 раз, а может быть, и в 100 000 раз — более одного светового года. Чтобы получить представление о том, как это далеко, прикиньте, сколько времени потребуется современному космическому кораблю для достижения этой внешней области. Космический корабль движется примерно с той же скоростью, что и Земля вокруг Солнца, иначе говоря, он проходит расстояние, равное длине земной орбиты, за год. Таким образом, ему нужно 8000 или 9000 лет, чтобы пройти расстояние, равное 50 000 а. е. или около одной пятой расстояния до ближайшей к Солнцу звезды. Однако каковы точные размеры Солнечной системы в астрономических единицах?

Два господствующих определения дают разные ответы, причем одно из них не говорит однозначно, как его отсчитывать. В соответствии с первым определением Солнечная система ограничена областью, в которой гравитационный потенциал Солнца преобладает над внесолнечными гравитационными влияниями. Если исходить из силы солнечного притяжения, то Voyager все еще находится в пределах Солнечной системы. На практике, поскольку облако Оорта принято считать частью Солнечной системы, едва ли можно утверждать, что Voyager, который даже не вошел в облако Оорта (и, по нынешним оценкам, сможет войти в него не раньше, чем через 300 лет, а выйти через 30 000 лет), покинул окрестности нашего светила.

Вместе с тем из-за неясности, где кончается доминирование силы солнечного притяжения, первое определение нельзя назвать четким. Существует, однако, второе определение границы начала межзвездного пространства — место, где заканчивается действие магнитного поля, связанного с солнечным ветром, примерно на расстоянии 15 млрд км, или около 100 а.е. Это настолько далеко, что радиосигналы, испущенные там, достигают нас лишь примерно через сутки, но намного ближе облака Оорта.

Солнечный ветер, о котором мы говорили в предыдущей главе, состоит из заряженных частиц — электронов и протонов, испускаемых Солнцем. Эти частицы создают магнитное поле, распространяющееся в направлении межзвездного пространства со скоростью около 400 км/с. Межзвездное пространство — это по определению область между звездами, которая не является пустой. В ней находятся холодный газообразный водород, пыль, ионизированный газ и некоторые другие материалы, выброшенные взорвавшимися звездами и звездным ветром от других звезд, кроме Солнца. В какой-то момент солнечный ветер встречается с межзвездной средой, образуя так называемую гелиосферу. Границу между двумя областями называют гелиопаузой. Из-за того что Солнечная система движется, граница имеет каплеобразную, а не сферическую форму.

Некоторые ученые считают гелиопаузу границей между Солнечной системой и межзвездным пространством. Признаком того, что Voyager достиг края гелиосферы и вышел в внешнее пространство, должно служить уменьшение количества заряженных частиц из гелиосферы и увеличение количества заряженных частиц из межзвездного пространства. Эти частицы заметно отличаются друг от друга, поскольку имеют разную энергию. В космическом излучении, порождаемом взрывами сверхновых, находящимися далеко за пределами Солнечной системы, присутствуют высокоэнергетические заряженные частицы. В августе 2012 г. Voyager зарегистрировал резкий рост количества таких частиц и заметное снижение количества низкоэнергетических частиц. Поскольку последние испускаются Солнцем, а высокоэнергетические частицы приходят из межзвездной среды, эти измерения явно свидетельствуют о выходе зонда из гелиосферы.

Вместе с тем первоначальное определение гелиопаузы предполагает также изменение силы и направления магнитного поля при выходе за пределы гелиосферы. При таком определении гелиопауза не постоянна, а зависит от солнечной «погоды», т. е. от характера солнечного ветра в каждый момент. Так вот, хотя зарегистрированное изменение свойств заряженных частиц плазмы и указывает на выход из Солнечной системы, более строгий критерий изменения магнитного поля не удовлетворяется. Никаких изменений магнитного поля обнаружено не было.

Поэтому, несмотря на зарегистрированное 25 августа 2012 г. изменение состояния плазмы, в конце марта 2013 г. вопрос о том, вышел ли Voyager I в межзвездное пространство, оставался спорным. Так или иначе, 12 сентября 2013 г. NASA объявило, что это произошло. Ученые пришли к выводу, что изменение магнитного поля не имеет значения. Они решили ограничиться менее строгим критерием — повышением плотности электронов почти в 100 раз (по предположениям, именно это и должно было произойти за пределами гелиопаузы).

Итак, в соответствии с первым определением (на основе силы притяжения Солнца) Voyager по-прежнему остается в пределах Солнечной системы и будет находиться в ней еще долгое время. Однако, если исходить из второго (пересмотренного) определения, то можно считать, что Voyager вышел в межзвездное пространство. Получается, что ответ на вопрос о том, покинул ли Voyager Солнечную систему, зависит от выбранного вами определения.

В качестве любопытного дополнения Voyager I несет золотой аудиовизуальный диск с информацией о человеческом обществе на тот случай, если аппарат обнаружат инопланетяне. Я считала, что такой диск должен содержать нечто необычное, однако в него включили приветствие на английском от Джимми Картера, который был президентом США в момент запуска зонда, приветствия на 49 других языках, звуки, издаваемые китами, и песню Чака Берри Johnny B. Goode. (Чак Берри даже присутствовал при запуске.) Мысль о том, что представители внеземной цивилизации смогут воспроизвести эту запись через несколько сотен лет, кажется мне довольно утопической, как и мысль о том, что они должны быть сопоставимого с нами роста или иметь необходимое записывающее оборудование, которого не найдешь у большинства из нас на Земле. Я не говорю уже о проблеме перевода или вероятном диапазоне воспринимаемых инопланетянами звуков. Впрочем, думать о будущем неплохо. Золотой диск имел как минимум одно положительное последствие. Работа над ним свела вместе Энни Друян, которая была креативным директором проекта, и Карла Сагана. Возможно, инопланетяне так никогда и не расшифруют этот диск, зато он послужил началом истории удивительной любви.

Теперь я оставлю тему инопланетян и сфокусирую внимание на пришельцах из дальнего космоса, верить в существование которых у нас намного больше оснований, — метеорных телах, падающих на Землю или как минимум входящих в ее атмосферу. Если Магомет не идет к горе, то гора сама приходит к Магомету. Иными словами, если мы и не можем пока добраться до облака Оорта, то малые тела Солнечной системы — вполне возможно из облака Оорта — время от времени прилетают к нам.