Źródło zdjęcia: NASA
Statek kosmiczny Voyager 1 NASA prawie osiągnął zewnętrzne granice Układu Słonecznego do obszaru kosmosu zwanego heliosheath, w którym wiatr słoneczny wieje na gaz międzygwiezdny. Po raz pierwszy naukowcy zgromadzili dane o tych odległych obszarach Układu Słonecznego. Wystrzelony 5 września 1977 roku, Voyager 1 znajduje się teraz 13 miliardów kilometrów od Słońca.
Statek kosmiczny Voyager 1 NASA ma wkrótce ponownie stworzyć historię jako pierwszy statek kosmiczny, który wejdzie na ostatnią granicę Układu Słonecznego, rozległą przestrzeń, w której wiatr ze Słońca wieją gorący pod cienki gaz między gwiazdami: przestrzeń międzygwiezdna. Zanim jednak dotrze do tego regionu, Voyager 1 musi przejść przez szok termiczny, strefę gwałtowną, która jest źródłem wiązek cząstek wysokoenergetycznych.
Podróż Voyagera przez tę niespokojną strefę da naukowcom pierwsze bezpośrednie pomiary nieodkrytej ostatecznej granicy naszego Układu Słonecznego, zwanej heliosheath, a naukowcy zastanawiają się, czy ten fragment już się rozpoczął. Dwa artykuły na temat tych badań zostały opublikowane w Nature w dniu 5 listopada 2003 r. Pierwszy artykuł autorstwa dr Stamatiosa M. Krimigisa z Johns Hopkins University Applied Physics Laboratory, Laurel, MD i jego zespół, zawiera dowody na poparcie roszczenia że Voyager 1 przeszedł poza szok terminacji. Drugi artykuł autorstwa dr. Franka B. McDonalda z University of Maryland, College Park i jego zespołu, dostarcza dowodów przeciwko temu twierdzeniu. Trzeci artykuł, opublikowany 30 października 2003 r. W Geophysical Research Letters przez dr Leonarda F. Burlagi z NASA Goddard Space Flight Center, Greenbelt, MD i współpracowników, daje dowód, że Voyager 1 nie przeszedł poza szok terminacyjny. (Na ilustracji 2a pokazano szok termiczny i heliosheath).
„Obserwacje Voyager 1 pokazują, że weszliśmy w nową część układu słonecznego. Niezależnie od tego, czy przeszliśmy przez szok wywołany przerwaniem, czy nie, zespoły są podekscytowane, ponieważ nigdy wcześniej tego nie widzieliśmy - obserwacje są tu inne niż w wewnętrznym układzie słonecznym ”- powiedział dr Eric Christian, naukowiec z dyscypliny ds. Badań Sun Earth Connection program w siedzibie głównej NASA w Waszyngtonie.
„Voyager 1 widział uderzające oznaki regionu głęboko w przestrzeni kosmicznej, w którym powstaje gigantyczna fala uderzeniowa, gdy wiatr ze Słońca gwałtownie zwalnia i naciska na zewnątrz w kierunku wiatru międzygwiezdnego. Obserwacje nas zaskoczyły i zdziwiły, więc jest wiele do odkrycia, gdy Voyager zaczyna odkrywać ten nowy region na zewnętrznej krawędzi Układu Słonecznego ”- powiedział dr Edward Stone, naukowiec z projektu Voyager, California Institute of Technology, Pasadena, Kalifornia.
W odległości ponad 8 miliardów mil (13 miliardów) od Słońca, Voyager 1 jest najodleglejszym obiektem zbudowanym przez ludzkość. Wystrzelony 5 września 1977 r. Eksplorował gigantyczne planety Jowisz i Saturn, po czym został wyrzucony w kosmos przez grawitację Saturna. Zbliża się teraz i może tymczasowo wkroczył do regionu poza szokiem zakończenia.
Szok końcowy ma miejsce, gdy wiatr słoneczny, cienki strumień naładowanego elektrycznie gazu wydmuchiwanego stale ze Słońca, jest spowalniany przez ciśnienie gazu między gwiazdami. Podczas szoku końcowego wiatr słoneczny gwałtownie zwalnia od średniej prędkości wynoszącej 300–700 km na sekundę (700 000–1 500 000 km / h). (Zobacz film 4, aby zobaczyć, jak to ogrzewa wiatr słoneczny w heliosheath).
Dokładna lokalizacja szoku zakończenia nie jest znana i pierwotnie uważano, że jest bliżej Słońca niż obecnie Voyager 1. Gdy Voyager 1 krążył coraz dalej od Słońca, potwierdziło to, że wszystkie planety były wewnątrz ogromnej bańki wydmuchiwanej przez wiatr słoneczny, a szok kończący był znacznie bardziej odległy (Animacja 1).
Oszacowanie lokalizacji szoku termicznego jest trudne, ponieważ nie znamy dokładnych warunków w przestrzeni międzygwiezdnej, a nawet to, co wiemy, prędkość i ciśnienie wiatru słonecznego, zmiany, które powodują rozszerzenie szoku termicznego, kurczenie się i marszczyć. Podobny efekt można zobaczyć za każdym razem, gdy myjesz naczynia (Film 3). Jeśli umieścisz talerz pod strumieniem wody, zauważysz, że woda rozlewa się po talerzu stosunkowo płynnie. Strumień wody ma nierówną krawędź, w której woda gwałtownie zwalnia i gromadzi się. Krawędź przypomina wstrząs końcowy, a wraz ze zmianą przepływu wody zmienia się kształt i rozmiar nierównej krawędzi.
Od około 1 sierpnia 2002 r. Do 5 lutego 2003 r. Naukowcy zauważyli niezwykłe odczyty z dwóch instrumentów cząstek energetycznych na Voyagerze 1, wskazując, że wszedł on w obszar Układu Słonecznego inny niż wcześniej. Doprowadziło to niektórych do twierdzenia, że Voyager mógł wejść w przejściową cechę szoku związanego z terminacją. Tak jak małe guzki i „palce” pojawiają się i znikają w szorstkiej krawędzi przepływu wody nad płytą, tak Voyager mógł wejść w tymczasowy „palec” na krawędzi szoku kończącego.
Kontrowersje można by łatwo rozwiązać, gdyby Voyager mógł nadal mierzyć prędkość wiatru słonecznego, ponieważ wiatr słoneczny zwalnia gwałtownie przy szoku kończącym. Jednak instrument, który mierzy prędkość wiatru słonecznego, nie działa już na czcigodnym statku kosmicznym, więc naukowcy muszą wykorzystać dane z instrumentów, które wciąż działają, aby stwierdzić, czy Voyager przebił szok terminacyjny.
Dowody na przejście przez wstrząs obejmują obserwację Voyagera, że szybkie cząstki naładowane elektrycznie (elektrony i jony) wzrosły ponad 100 razy w okresie od 1 sierpnia 2002 r. Do 5 lutego 2003 r. Można by się tego spodziewać, gdyby Voyager przeszedł szok termiczny, ponieważ szok w naturalny sposób przyspiesza elektrycznie naładowane cząstki, które odbijają się w przód iw tył jak kule do ping ponga między szybkim i wolnym wiatrem po przeciwnych stronach wstrząsu.
Po drugie, cząsteczki płynęły na zewnątrz, mijając Voyagera i oddalając się od Słońca. Można by się tego spodziewać, gdyby Voyager przekroczył już szok terminacji, ponieważ region przyspieszenia w szoku terminacji znajdowałby się teraz za statkiem kosmicznym. Po trzecie, pośrednia miara prędkości wiatru słonecznego wskazała, że wiatr słoneczny był powolny w tym okresie, czego można się spodziewać, gdyby Voyager był poza wstrząsem.
„Zastosowaliśmy pośrednią technikę, aby pokazać, że wiatr słoneczny zwolnił z około 700 000 mil na godzinę do znacznie mniejszej niż 100 000 mil na godzinę. Tę samą technikę stosowaliśmy już wcześniej, gdy przyrząd do pomiaru prędkości wiatru słonecznego nadal działał, a zgodność między dwoma pomiarami była w większości przypadków lepsza niż 20% ”- powiedział Krimigis.
Dowody przemawiające za wejściem w szok obejmują obserwację, że chociaż nastąpił gwałtowny wzrost cząstek o niskiej prędkości, nie zaobserwowano ich przy nieco wyższych prędkościach, które zdaniem naukowców generuje szok termiczny.
Jednak najsilniejszym dowodem na wejście jest obserwacja Voyagera, że pole magnetyczne nie wzrosło w tym okresie. Według modeli teoretycznych musi to nastąpić, gdy wiatr słoneczny zwalnia. Wyobraź sobie autostradę o średnim natężeniu ruchu. Jeśli coś sprawi, że kierowcy zwolnią, powiedzmy, że kałuża wody, samochody gromadzą się - ich gęstość rośnie. W ten sam sposób gęstość (intensywność) pola magnetycznego przenoszonego przez wiatr słoneczny wzrośnie, jeśli wiatr słoneczny zwolni.
„Analiza obserwacji pola magnetycznego Voyager 1 pod koniec 2002 r. Wskazuje, że nie wszedł on w nowy region odległej heliosfery po przekroczeniu szoku termicznego. Dane pola magnetycznego miały raczej charakterystykę, której należy się spodziewać na podstawie wielu lat wcześniejszych obserwacji, chociaż intensywność obserwowanych cząstek energetycznych jest niezwykle wysoka ”, powiedział Burlaga.
Zespoły zgadzają się, że Voyager 1 widział nowe zjawisko: sześciomiesięczny okres, w którym cząstki o niskiej energii były bardzo obfite i odpływały od Słońca. Kiedy niezwykły okres się skończy, oboje zgadzają się, że Voyager 1 powrócił na wiatr słoneczny, więc jeśli byłoby to przejściowe przejście poza szok termiczny, szok będzie ponownie widoczny, prawdopodobnie w ciągu najbliższych kilku lat. Wreszcie, obserwacje wskazują, że szok związany z terminacją jest o wiele bardziej skomplikowany, niż ktokolwiek myślał.
Ze względu na swoje oryginalne misje do Jowisza i Saturna, Voyager 1 i siostrzany statek kosmiczny Voyager 2 zostały przeznaczone do obszarów kosmicznych, w których panele słoneczne nie byłyby możliwe, dlatego każdy z nich był wyposażony w trzy radioizotopowe generatory termoelektryczne do wytwarzania energii elektrycznej dla systemów i instrumentów statku kosmicznego. Nadal działający w odległych, zimnych i ciemnych warunkach 26 lat później, Voyagery zawdzięczają swoją długowieczność tym generatorom dostarczanym przez Departament Energii, które wytwarzają energię elektryczną z ciepła wytwarzanego przez naturalny rozkład dwutlenku plutonu.
Voyagers zostały zbudowane przez NASA Jet Jet Propulsion Laboratory (JPL) w Pasadenie w Kalifornii, który nadal działa na obu statkach kosmicznych 26 lat po wystrzeleniu. Statek kosmiczny jest kontrolowany, a jego dane zwracane przez NASA Deep Space Network (DSN), globalny system śledzenia statków kosmicznych obsługiwany również przez JPL. Kierownikiem projektu Voyager jest Ed Massey z JPL. Naukowcem projektu Voyager jest dr Edward Stone z California Institute of Technology.
Oryginalne źródło: NASA News Release
