Вчені розповіли, чому край Сонячної системи іноді називають “вогняною стіною”

Геліопаузу, область, де припиняється вплив сонячного вітру і починається міжзоряний простір, називають “вогняною стіною”, що оточує Сонячну систему. Назва гіперболічна і технічно неточна, але вона вказує на видатне відкриття, яке стало одним з головних досягнень місій “Вояджера”.

Космічні апарати “Вояджер” пережили так багато, що дивно, що один з них все ще працює і що залишається надія на відновлення іншого. Однак “Вогняна стіна” звучить як важче випробування, ніж усе, що вони пережили разом узяте, і є радше риторичним доказом відданості справі, аніж чимось, через що повинен пройти космічний зонд.

Тим не менше, саме цією фразою деякі люди описують геліопаузу, і, на перший погляд, вони мають рацію. Зрештою, під час проходження через геліопаузу відважні зонди вимірювали температуру 30 000-50 000 кельвінів (54 000-90 000 градусів за Фаренгейтом), порівняно з якою земні пожежі здаються прохолодними.

Звичайно, тут немає буквального вогню в сенсі палива, що горить, реагуючи з киснем. Як і Сонце, геліопауза складається з гарячої плазми. Проте, проходження через геліопаузу не схоже на зустріч із Сонцем, навіть із сонячною короною.

Причина того, що обидва кораблі не випарувалися, не кажучи вже про несправності, полягає в тому, що щільність речовини за межами сонячного вітру незбагненно низька.

Щоб зрозуміти, як щось так далеко від Сонця може бути настільки гарячим, а також чому це не вплинуло на перший корабель, який увійшов до нього, важливо трохи розібратися у фізиці тепла.

Температура – це міра швидкості, з якою коливаються атоми і молекули. Для створення швидших коливань потрібна енергія. Як тільки швидкість коливань збільшилася, незалежно від джерела цієї енергії, вони з більшою ймовірністю зіткнуться з чимось поблизу і передадуть частину цієї енергії тому, в що вдаряться. Отже, якщо ви занурите руку в гарячий газ, молекули, що швидко рухаються, зіткнуться з нею так, що дуже скоро ваша рука також стане дуже гарячою. (Чи потрібно казати: “Не намагайтеся робити це вдома”?)

Чим менше молекул, тим менше енергії потрібно, щоб змусити їх рухатися дуже швидко, а також тим менше шансів, що на них наштовхнеться сторонній твердий об’єкт. Без таких зустрічей енергія не може передаватися, і новоприбулець залишиться холодним.

Саме в такій ситуації перебувають зонди “Вояджер”, як і майбутні космічні апарати, що покидають Сонячну систему. Геліопауза може бути щільнішою за простір по обидва боки, частково виправдовуючи опис “стіни”, але це все одно більше схоже на вакуум, ніж на нутрощі речі, яку ви використовуєте для прибирання в будинку. Навіть якщо ті кілька молекул, що там присутні, рухаються феноменально швидко – а отже, при дуже високій температурі – вони не зможуть нагріти щось настільки суттєве, як “Вояджери”, які важать по 722 кілограми (1600 фунтів) кожен.

Залишається питання, як ці розріджені атоми і молекули могли так сильно нагрітися.

Очікувалося, що геліопауза буде гарячою, але попередні оцінки були приблизно вдвічі нижчими, ніж ті, що виміряли “Вояджери”, що ще раз демонструє велику цінність цієї пари.

Сонячний вітер у геліосфері гарячий, він не мав можливості втратити свою енергію, але міжзоряне середовище за межами геліопаузи холодне, тож можна було б очікувати, що межа буде десь посередині між ними. Натомість, геліопауза набагато гарячіша за обидві частини.

Температури, виміряні “Вояджерами”, пояснюються або стисненням плазми, коли сонячний вітер стикається з міжзоряним середовищем, або магнітним перез’єднанням. Перез’єднання відбувається в електропровідній плазмі, коли перебудова структури поля призводить до перетворення магнітної енергії на швидкі хвилі, теплову енергію і прискорення частинок.

Магнітне перез’єднання спостерігається там, де магнітні поля навколо Землі та інших планет стикаються з сонячним вітром. Незважаючи на свою назву, воно може стосуватися як роз’єднання з’єднаних магнітних полів, так і возз’єднання роз’єднаних полів.