Voyager 1 - jeden z dwóch bliźniaczych statków kosmicznych wystrzelonych przez NASA 44 lata temu i obecnie najbardziej oddalony od Ziemi obiekt wykonany przez człowieka - nadal działa. Co więcej, jego instrumenty wykryły nieustanny szum plazmy w ośrodku międzygwiazdowym.
Sondy kosmiczne Voyager 1 i Voyager 2 nadal dostarczają nowych, niewiarygodnych danych, choć od zakończenia ich podstawowej misji badania gazowych olbrzymów w Układzie Słonecznym minęło już kilka dekad. Są jedynymi obiektami stworzonymi przez człowieka, które przekroczyły granice heliosfery - ochronnego „bąbla” cząstek i pól magnetycznych wytwarzanych przez nasze Słońce – i dotarły do przestrzeni międzygwiazdowej, zapewniając ludzkości obserwacje jak żaden inny instrument naukowy.
Naukowcy z Cornell University analizując dane przesłane przez sondę Voyager 1 z odległości prawie 23 miliardów kilometrów odkryli ciągły szum w ośrodku międzygwiazdowym. Wyniki ich analiz ukazały się na łamach pisma „Nature Astronomy”.
- Wykrywamy słaby, uporczywy szum gazu międzygwiazdowego. Jest bardzo słaby i monotonny, ponieważ występuje w wąskim paśmie częstotliwości – powiedziała Stella Koch Ocker z Cornell University.
Powierzchnia naszego Słońca nieprzerwanie emituje wiatr słoneczny - strumień plazmy, naładowanych elektrycznie cząstek, głównie protonów, elektronów i cząstek alfa. Wiatr słoneczny wytraca swoją prędkość, a ciśnienie wiatrów galaktycznych zaczyna przeważać nad ciśnieniem wiatru słonecznego na granicy heliosfery, która jest określana mianem heliopauzy. Ale wiatr słoneczny przenika częściowo przez heliopauzę do ośrodka międzygwiazdowego.
Ocker wskazała, że tego typu analizy pozwalają naukowcom zrozumieć, w jaki sposób ośrodek międzygwiazdowy oddziałuje z wiatrem słonecznym oraz w jaki sposób ochronny „bąbel” heliosfery Układu Słonecznego jest kształtowany i modyfikowany przez środowisko międzygwiazdowe.
W sierpniu 2012 roku sonda Voyager 1 przekroczyła zewnętrzną krawędź heliosfery. Voyager 2 przekroczył heliopauzę w listopadzie 2018 roku. Te dwie stare konstrukcje dają ludzkości pierwsze bezpośrednie obserwacje tego, jak naprawdę wygląda przestrzeń między gwiazdami.
Po wejściu w przestrzeń międzygwiazdową systemy sond zarejestrowały zaburzenia w międzygwiezdnym gazie. Jednak nawet tak daleko od Słońca i nawet poza zasięgiem wiatru słonecznego, nasza gwiazda przeszkadza w badaniach. Słońce jest „hałaśliwe” i jego erupcje mogą zagłuszyć warunki otoczenia. Ale pomiędzy erupcjami naukowcy odkryli stałą, trwałą sygnaturę szumu.
- Ośrodek międzygwiazdowy jest jak cichy, delikatny deszcz - powiedział James Cordes, współautor badań. - W przypadku wybuchu na Słońcu to tak, jakbyś wykrył uderzenie pioruna podczas burzy, a potem powrócił do delikatnego deszczu – dodał.
Autorzy publikacji uważają, że w międzygwiazdowym gazie występuje więcej aktywności na niskim poziomie, niż wcześniej sądzono. Nie jest do końca jasne, przez co ta aktywność jest spowodowana; może to być wzbudzona termicznie oscylacja plazmy lub szum generowany przez ruchy elektronów w plazmie, wytwarzające lokalne pole elektryczne.
Cokolwiek to powoduje, odkrycie ma kilka implikacji. Buczenie można wykorzystać do mapowania gęstości plazmy, gdy obie sondy będą poruszać się głębiej w przestrzeń międzygwiazdową. Przestrzeń kosmiczna na ogół jest uważana za próżnię, ale nią nie jest, przynajmniej nie do końca. Gęstość materii w przestrzeni kosmicznej jest niezwykle niska, ale jednak jest. W Układzie Słonecznym wiatr słoneczny ma średnią gęstość protonów i elektronów wynoszącą od 3 do 10 cząstek na każdy centymetr sześcienny przestrzeni, ale wartość ta zmniejsza się wraz ze wzrostem odległości od Słońca. We wcześniejszych badaniach uczeni oszacowali, że średnia gęstość przestrzeni kosmicznej w Drodze Mlecznej wynosi około 0,037 cząstek na centymetr sześcienny.
Szum można również wykorzystać, jak już wcześniej wspomniano, do lepszego zrozumienia interakcji między ośrodkiem międzygwiazdowym a wiatrem słonecznym. Wiemy, że tuż po drugiej stronie heliopauzy nastąpił wzrost gęstości elektronów – wykryły to obie sondy Voyager. Dokładniejsza znajomość gęstości ośrodka międzygwiazdowego może pomóc nam zrozumieć, dlaczego tak jest.
Odkrycie i trwałość emisji sugerują również, że Voyager będzie nadal w stanie ją wykryć, dostarczając nam bieżących odczytów, które pomogą nam zrozumieć turbulencje i wielkoskalową strukturę ośrodka międzygwiazdowego.
- Nigdy nie mieliśmy okazji tego ocenić. Teraz wiemy, że nie potrzebujemy przypadkowego zdarzenia związanego ze Słońcem, aby zmierzyć plazmę międzygwiazdową - powiedział Shami Chatterjee z Cornell University. - Niezależnie od tego, co się wydarzy na Słońcu, Voyager będzie nam podsyłał szczegóły – dodał.
Sonda Voyager 1 została wystrzelona z Ziemi początkiem września 1977 roku. Sonda – Voyager 2 poleciała w kosmos 16 dni wcześniej, jednak Voyager 1 wyprzedził bliźniaczą jednostkę i pierwszy dotarł na krańce heliosfery.
Sondy miały zbadać zewnętrzne planety Układu Słonecznego. W okolicach Saturna sonda Voyager 2 zmieniła kurs, by przelecieć w pobliżu Urana i Neptuna. Do tej pory są to jedyne bliskie przeloty obok tych planet. Sondy Voyager zakończyły swoją wycieczkę po planetach i rozpoczęły międzygwiezdną misję dotarcia do heliopauzy w 1989 roku.
Obecnie sondy znajdują się ponad 20 miliardów kilometrów od Ziemi. Transmisja danych z takich odległości trwa ponad 21 godzin. Obie konstrukcje zasilane są przez radioizotopowe generatory termoelektryczne, które z roku na rok działają coraz gorzej. Według szacunków NASA, około 2025 roku generatory mogą nie być już w stanie zapewnić odpowiedniej do działania mocy.
Źródło: Cornell University, fot. NASA/JPL
