В 2008 году астрономы впервые нанесли на карту невидимую границу Солнечной системы. Событие, о котором писали 3 июля, не было громкой сенсацией в духе «учёные нашли край мира», но для физики это оказалось сродни изобретению нового зрения. Космический аппарат NASA STEREO, запущенный изучать Солнце, зарегистрировал заряженные частицы там, где горячий солнечный ветер врезается в холодную межзвёздную среду. И сделал это не через свет, а через нейтральные атомы — метод, который, по словам руководителя проекта Роберта Лина, «предвещает появление нового типа астрономии».

Пузырь, в котором мы живём

Гелиосфера — это гигантский пузырь в космосе, образованный солнечным ветром. Он тянется от Солнца далеко за орбиту Плутона. Внутри него — наша звёздная система со всеми планетами и астероидами. За его пределами начинается межзвёздное пространство, заполненное разреженным газом и пылью. Но граница эта не похожа на стену. Солнечный ветер — поток заряженных частиц, мчащийся от Солнца во все стороны со сверхзвуковой скоростью, — постепенно замедляется, встречая сопротивление межзвёздной среды. Там, где его скорость падает ниже звукового порога, поток меняет направление и образует за Солнцем подобие кометного хвоста. Эту область дозвукового течения называют гелиопустошью. Именно её в 2004 году пересёк Voyager 2, подтвердив существование зоны, где солнечный ветер теряет свою энергию.

Невидимый свет нейтральных атомов

Увидеть гелиопустошь в обычный телескоп нельзя — она слишком разрежена. Но STEREO использовал иной подход. Приборы аппарата ловили не свет, а энергетически нейтральные атомы — частицы, которые когда-то были ионами, разогретыми в области торможения солнечного ветра. Эти горячие ионы, столкнувшись с холодными атомами межзвёздной среды, отдали им свой заряд и превратились в нейтральные частицы. Потеряв заряд, они перестали удерживаться магнитными полями и устремились обратно к Солнцу — прямо в датчики STEREO. По сути, аппарат зарегистрировал «эхо» далёкого столкновения двух сред. Астрономы из Калифорнийского университета в Беркли, проанализировав эти данные, построили первую в истории карту границы гелиосферы. Роберт Лин, профессор физики из Беркли и руководитель проекта сверхтермального электронного датчика на борту STEREO, назвал это предвестником новой астрономии — астрономии нейтральных атомов.

Куда уходит энергия солнечного ветра

Результаты, опубликованные в журнале Nature 3 июля 2008 года, помогли разрешить давнее противоречие. Физики спорили о том, сколько энергии теряет солнечный ветер при торможении и куда эта энергия девается. Данные STEREO показали: почти 70 процентов потерянной ветром энергии уходит на образование скопления ионов в гелиопустоши. Оборудование Voyager 2, который к тому времени уже вошёл в эту область, не позволяло получить столь точные цифры — его приборы были рассчитаны на другие задачи. Так два аппарата, разделённые миллиардами километров, дополнили друг друга: один ощупал границу изнутри, другой — заснял её снаружи.

Водородная подпись границы

Большинство зарегистрированных нейтральных атомов, по мнению Лина, — это водород. Именно он составляет основную часть частиц в ограниченной межзвёздной среде. Сам механизм обмена энергией между горячими ионами и холодными нейтральными атомами хорошо известен учёным: он работает и вблизи Солнца, и у Земли, и у Юпитера. Но здесь его впервые применили для удалённого зондирования плазмы на краю Солнечной системы. Нейтральные атомы способны путешествовать гораздо дальше ионов, потому что не отклоняются магнитными полями. Это и позволило STEREO заглянуть туда, куда не дотягивается ни один телескоп.

Что дальше: Межзвёздный пограничный исследователь

Карта 2008 года была лишь первым, довольно грубым наброском. NASA уже тогда планировало запустить специальный аппарат — Interstellar Boundary Explorer (IBEX), чья миссия как раз и заключалась в детальном картографировании границы гелиосферы. IBEX должен был уточнить структуру переходной зоны, выявить неоднородности и, возможно, объяснить, как именно солнечный ветер взаимодействует с межзвёздным веществом. Этот запуск открывал дорогу к систематическому изучению последнего неисследованного рубежа нашей звёздной системы.

Кстати, мы уже писали о том, что жизнь ищут не у звёзд, а за космическим забором — в подлёдных океанах Европы или в облаках Венеры. Но граница гелиосферы, пожалуй, ещё более суровый рубеж. Там нет ни планет, ни лун — только разреженный газ и частицы, несущие информацию о столкновении двух миров. И то, что мы научились читать эту информацию, само по себе напоминает сюжет из научной фантастики, ставший реальностью благодаря нейтральным атомам водорода. Вопрос о том, что ещё скрывает эта невидимая оболочка, пока остаётся открытым. Но первый шаг к ответу уже сделан — и сделан он не через свет, а через почти неуловимые частицы, которые миллиарды лет летели к нашим датчикам.