Гелиопауза как граница гелиосферы¶

Гелиопауза — это граница гелиосферы, области космического пространства, находящейся под воздействием солнечного ветра. Она представляет собой поверхность, на которой давление солнечного ветра уравновешивается давлением межзвёздной среды (газа и пыли, заполняющих галактику). За гелиопаузой начинается межзвёздное пространство, где солнечная плазма уже не доминирует.

¶Расположение и форма

Гелиопауза не является идеальной сферой. Её форма и расстояние от Солнца зависят от нескольких факторов: интенсивности солнечного ветра, плотности межзвёздной среды и скорости движения Солнечной системы относительно неё. Солнечная система движется через межзвёздное облако со скоростью около 23 км/с, поэтому гелиопауза сжата с «носовой» стороны (в направлении движения) и вытянута с противоположной («хвостовой») стороны.

По данным космических аппаратов «Вояджер-1» и «Вояджер-2», расстояние до гелиопаузы составляет примерно 120–123 астрономических единиц (а. е.) от Солнца (1 а. е. — расстояние от Земли до Солнца, около 150 млн км). Однако это значение непостоянно: оно меняется в зависимости от 11-летнего цикла солнечной активности. В периоды максимума солнечной активности давление солнечного ветра возрастает, и гелиопауза отодвигается дальше; в минимуме — приближается.

¶Структура переходной области

Гелиопауза не является резкой границей. Перед ней расположены несколько переходных зон:

• Ударная волна (терминационный удар) — область, где скорость солнечного ветра резко падает с сверхзвуковой до дозвуковой. Здесь частицы солнечного ветра тормозятся, сталкиваясь с межзвёздным веществом.
• Гелиосферная мантия (или гелиооболочка) — область между ударной волной и гелиопаузой, где солнечный ветер замедлен, нагрет и уплотнён.
• Гелиопауза — собственно граница, на которой давление солнечного ветра полностью уравновешивается давлением межзвёздной среды.
• Внешняя ударная волна (bow shock) — область, где межзвёздная среда тормозится перед гелиосферой (существует не всегда; её наличие зависит от скорости движения Солнечной системы).

¶Исследования

Долгое время гелиопауза оставалась гипотетическим объектом. Впервые её существование было предсказано теоретически в 1950-х годах, после открытия солнечного ветра. Практическое подтверждение граница получила лишь в XXI веке.

• 25 августа 2012 года «Вояджер-1» стал первым искусственным объектом, пересекшим гелиопаузу. Аппарат зафиксировал резкое увеличение плотности космических лучей галактического происхождения и одновременное исчезновение частиц солнечного ветра.
• 5 ноября 2018 года «Вояджер-2» также пересёк гелиопаузу на расстоянии около 119 а. е. от Солнца. В отличие от «Вояджера-1», он нёс работающий прибор для измерения плазмы, что позволило впервые напрямую измерить параметры плазмы в переходной области.

Данные обоих аппаратов показали, что гелиопауза представляет собой довольно тонкую область толщиной в несколько астрономических единиц, через которую происходит частичное проникновение межзвёздного вещества внутрь гелиосферы.

¶Значение

Гелиопауза выполняет функцию защитного барьера: она частично экранирует внутреннюю часть Солнечной системы от галактических космических лучей — высокоэнергетичных частиц, приходящих извне. Считается, что без гелиосферы уровень радиации вблизи планет был бы значительно выше, что могло бы повлиять на развитие жизни на Земле.

Кроме того, изучение гелиопаузы позволяет исследовать свойства локальной межзвёздной среды, её плотность, температуру и магнитное поле. Эти данные важны для понимания процессов, происходящих в галактике, и для планирования будущих межзвёздных миссий.

¶Текущий статус

По состоянию на 2020-е годы оба аппарата «Вояджер» продолжают передавать данные из межзвёздной среды за пределами гелиопаузы. Однако их энергоресурсы постепенно истощаются, и ожидается, что к концу 2020-х годов связь с ними будет потеряна. Новых миссий, специально предназначенных для изучения гелиопаузы, в настоящее время не утверждено, хотя в научном сообществе обсуждаются проекты зондов для исследования внешних границ гелиосферы (например, проект Interstellar Probe).