Задумывались ли вы, через какое время можно по-настоящему вырваться из объятий Солнца? Прочитав новости о полете «Вояджера-1», многие ошибочно полагают, что он уже давно покинул пределы нашей системы. Однако реальность гораздо сложнее: у этой системы нет единой границы, а наше светило отпускает свои «зонды» с невероятной неохотой. Мы разберемся, где же в действительности заканчивается его влияние.
Оказывается, нашу звездную гавань ограничивают три разных рубежа. Первый определяется солнечным ветром. Второй — силой гравитации. Третий — гигантским облаком ледяных фрагментов, которое простирается на немыслимые расстояния.
Следовательно, на этот вопрос существует не один, а целых три ответа. Самый близкий из них уже преодолен нашими посланцами. А самый дальний — даже трудно себе представить.
Три инструмента солнечного владычества
Солнце управляет окружающим пространством тремя способами.
Первый: солнечный ветер. Наша звезда непрерывно излучает поток заряженных частиц — протоны, электроны и альфа-частицы. Этот поток, мчащийся со скоростью от 300 до 800 км/с, формирует вокруг себя гигантский пузырь — гелиосферу. Внутри этого пузыря мы ощущаем дыхание Солнца, а снаружи начинается межзвездная среда с ее ветрами от других звезд и остатками сверхновых. Рубеж, где солнечный ветер ослабевает и сдается, называется гелиопаузой.
Второй: гравитация. Солнце сосредоточило в себе 99,86% всей массы Солнечной системы. Его притяжение — это мощнейшая сила, действующая на любом удалении, хоть и ослабевающая пропорционально квадрату расстояния. Гравитация не обрывается резко. Далеко за пределами орбит планет, на дистанции в световой год, наше светило все еще будет ощутимо притягивать объекты к себе.
Третий: облако Оорта. Это не силовое поле, а скорее гигантский космический склад. Речь идет об огромной сферической оболочке, состоящей из ледяных глыб — кометных ядер, оставшихся после формирования планет. Астрономы договорились считать облако Оорта самой дальней частью Солнечной системы в ее самом широком понимании.
Получается иерархическая лестница:
- Выйти из гелиосферы — уже достигнуто «Вояджерами».
- Выйти из гравитационного господства — требуется преодолеть расстояние в тысячи раз больше.
- Выйти за пределы облака Оорта — это промежуточный, но колоссальный по масштабу ориентир.
Реальные достижения «Вояджеров» и хронология событий
«Вояджер-1» и «Вояджер-2» — единственные зонды, которым удалось пересечь гелиопаузу и выйти в межзвездное пространство. Давайте разберем их путь по датам.
«Вояджер-1» стартовал 5 сентября 1977 года. Он посетил Юпитер (1979) и Сатурн (1980), после чего направился прочь от плоскости движения планет. 25 августа 2012 года он преодолел гелиопаузу. Ученые зафиксировали этот момент по резкому росту плотности плазмы и спаду числа солнечных частиц. С тех пор аппарат путешествует в межзвездном пространстве.
«Вояджер-2» стартовал немного раньше, 20 августа 1977 года. Его маршрут пролегал через Юпитер, Сатурн, Уран (1986) и Нептун (1989). Гелиопаузу он пересек 5 ноября 2018 года, немного позднее своего собрата, из-за другого маршрута.
На сегодняшний день (ориентировочно 2026 год) «Вояджер-1» удалился от Солнца примерно на 166 астрономических единиц (а.е.). «Вояджер-2» находится на расстоянии около 138 а.е. Одна астрономическая единица — это средняя дистанция от Земли до Солнца, равная 150 миллионам километров. Это означает, что «Вояджер-1» в 166 раз дальше от Солнца, чем наша планета.
Это феноменальное расстояние. Но по сравнению с тем, что лежит впереди, это лишь первый шаг.
Облако Оорта: истинный край, до которого лететь тысячелетия
Наиболее отдаленной признанной областью Солнечной системы является облако Оорта, названное в честь голландского астронома Яна Хендрика Оорта. В 1950 году он выдвинул гипотезу о его существовании, чтобы объяснить природу долгопериодических комет. Читатели, столкнувшиеся с семейными разногласиями, возможно, найдут аналогию в сложности компромисса, но здесь масштаб совершенно иной.
В отличие от плоского диска, где движутся планеты, облако Оорта имеет сферическую форму и окружает Солнце со всех сторон. Его внутренняя граница начинается на удалении примерно 2000–5000 а.е. от Солнца. Внешняя же граница, по разным оценкам, простирается от 50 000 до 100 000–200 000 а.е.
Для осознания масштаба: Нептун находится на расстоянии 30 а.е., Плутон — в среднем 40 а.е., а пояс Койпера заканчивается примерно на 50 а.е. Между Плутоном и настоящей окраиной зияет космическая пропасть. «Вояджер-1» сейчас на расстоянии 166 а.е. — он даже не достиг начала облака Оорта.
Согласно расчетам, аппарат достигнет внутреннего края облака примерно через 300 лет. Полное же пересечение займет около 30 000 лет. После этого, еще примерно через 40 000 лет, он пролетит вблизи звезды Глизе 445. И только тогда, с полным правом, можно будет сказать, что он вышел за пределы того, что мы называем Солнечной системой в самом широком смысле. Только в этот момент можно будет сказать: Солнце отпустило свой зонд. Гравитация, безусловно, продолжит действовать, но поблизости окажется другая звезда, и их притяжение сравняется.
Почему только два аппарата достигли межзвездной среды
Вполне логичный вопрос. Было запущено множество зондов к планетам. «Пионер-10» и «Пионер-11» также движутся к выходу. «Новые горизонты» после Плутона направился к объектам пояса Койпера. Почему же именно «Вояджеры» стали первопроходцами?
На это есть три ключевые причины:
- Первая — удачное расположение планет. В конце 1970-х годов Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун выстроились в особую конфигурацию, позволившую совершить гравитационные маневры у каждой из них. Зонд подлетал к планете, заимствовал часть ее орбитальной скорости и разгонялся. Эта редчайшая конфигурация, названная Grand Tour («Большой тур»), случается раз в 175 лет. Максимальное использование этого явления дало «Вояджерам» необходимую скорость для столь далекого путешествия.
- Вторая — автономное энергоснабжение. «Вояджеры» не используют солнечные батареи (на орбите Юпитера Солнце светит в 25 раз слабее, чем на Земле). Они оснащены радиоизотопными термоэлектрическими генераторами, работающими на плутонии-238. Распад плутония выделяет тепло, которое преобразуется в электричество. Ресурс таких генераторов рассчитан на десятилетия, что и позволило «Вояджерам» функционировать более 40 лет. «Пионеры» имели менее мощные источники энергии и замолчали раньше.
- Третья — глобальная система связи. Для передачи данных с расстояния в 160 а.е. требуется гигантская антенна на Земле. Сеть дальней космической связи NASA (станции в Голдстоуне, Мадриде и Канберре) справляется с этой задачей. Сигнал идет 22 часа в одну сторону. При этом мощность передатчика «Вояджера» составляет всего около 20 Вт — как у лампочки в холодильнике. На Земле его ловят антеннами диаметром 70 метров. Это настоящее чудо инженерной мысли.
Подобного сочетания скорости, долговечности и траектории больше не наблюдалось. «Новые горизонты» (запущен в 2006 году) движется медленнее и уже не догонит «Вояджеров». Так что эти два аппарата останутся самыми далекими посланниками человечества еще на очень долгое время.
Гравитационный предел: когда Солнце перестанет доминировать?
В отличие от границы солнечного ветра, гравитация не имеет резкого обрыва. Она убывает плавно. Теоретически, ее влияние бесконечно. Практически же наступает момент, когда притяжение других звезд, особенно альфы Центавра (находящейся в 4,24 светового года от нас), становится преобладающим.
Солнце теряет гравитационное превосходство на расстоянии примерно 1–2 световых лет. Это соответствует 60–120 тысячам астрономических единиц.
Таким образом, если говорить о гравитационном «отпускании», то это не пересечение одной линии, а плавный переход. Условно можно считать, что после 2 световых лет Солнце перестает быть главным хозяином для вашего космического аппарата.
Сейчас «Вояджер-1» находится в 0,0026 светового года от Солнца (166 а.е., поделенные на 63 241 а.е. в одном световом году). Он преодолел лишь одну двухтысячную процента пути до гравитационной границы. Осознание этого масштаба может вызвать чувство смирения.
Краткий итог
Итак, вернемся к началу нашего разговора. Как далеко нужно улететь, чтобы Солнце наконец отпустило?
- Если под «отпустило» понимать конец солнечного ветра (перестало обдувать своим потоком) — то это 120–160 а.е. «Вояджеры» достигли этого рубежа в 2012 и 2018 годах. Задача выполнена.
- Если под «отпустило» понимать выход за облако Оорта (конец роя ледяных тел, считающегося частью системы) — то это от 50 000 до 100 000 а.е. «Вояджер-1» достигнет этой области через 30 000 лет. К тому времени человечество, возможно, уже не будет существовать в своем нынешнем виде.
- Если под «отпустило» понимать ослабление гравитации (Солнце перестало быть главной силой) — то это около 2 световых лет (120 000 а.е.). «Вояджер-1» долетит туда через 40–50 тысяч лет, но даже там его будет притягивать к Солнцу почти с той же силой, что и к соседним звездам.