Ученые Лос-Аламосской национальной лаборатории, Юго-Западного исследовательского института, Принстонского университета и других университетов США обнаружили космическую рябь на границе Солнечной системы. Об этом сообщается в статье, опубликованной в журнале Nature Astronomy, где описываются результаты анализа данных, полученных с космических аппаратов «Вояджер-1» и «Вояджер-2», а также спутника НАСА IBEX (Interstellar Boundary Explorer), предназначенного для изучения пограничной области между Солнечной системой и межзвездной средой.
На окраине Солнечной системы существует область, где солнечный ветер резко замедляется до скорости звука, что известно под названием границы гелиосферной ударной волны (англ. termination shock). Эта область является внешней частью гелиосферы, где плазма солнечного ветра движется со сверхзвуковой скоростью. Дальше этой области располагается гелиопауза, где давление солнечного ветра уравновешивается с давлением межзвездной среды. Оба зонда «Вояджер» преодолели эту границу в 2012-2018 годах и вышли в межзвездное пространство.
Межзвездная плазма, состоящая из водорода и гелия, обтекает гелиопаузу, однако некоторые низкоэнергетические нейтрально заряженные атомы могут пересечь границу и войти в гелиосферу, где происходит их ионизация. В результате образуются энергичные захваченные ионы (energetic pickup ions, PUI), которые в результате перезарядки превращаются в энергичные нейтральные атомы (ЭНА), чьи потоки идут через всю Солнечную систему. Аппарат IBEX обнаруживает эти атомы с энергиями примерно до 6 килоэлектронвольт (кэВ), проходящие вблизи Земли со всех направлений. Это позволяет каждые шесть месяцев составлять карты всего неба, выявляя долгосрочные изменения в потоках ЭНА и краткосрочные изменения в давлении солнечного ветра на границе Солнечной системы.
Исследователи проанализировали данные, полученные IBEX с 2014 по 2019 год. В конце 2014-го ученые отметили увеличение солнечного давления примерно на 50 процентов в течение шести месяцев, что вызвало усиление потоков ЭНА с энергиями 2-6 кэВ с границ гелиосферы. Ученые оценили время отклика потоков ЭНА, которое коррелирует со временем распространения магнитозвуковой волны, вызванной солнечной плазмой, от границы ударной волны до гелиопаузы. Магнитогидродинамическое моделирование позволило определить расстояния до гелиопаузы по всему небу.
Результаты показывают значительную асимметрию в форме гелиосферы. На границах ударной волны и гелиопаузы постоянно проходит гигантская рябь, в результате чего расстояния до этих областей могут варьироваться в масштабах нескольких десятков астрономических единиц (а.е.). Данные IBEX показали, что в направлении движения «Вояджера-1» расстояние до гелиопаузы на момент 2016 года составило 131 а.е., тогда как сам зонд прошел гелиопаузу в 2012 года на расстоянии 122 а.е. Расстояние до гелиопаузы в направлении «Вояджера-2» составило 103 а.е. (на момент конца 2015 года), тогда как зонд пересек ее в 2018 году на расстоянии 119 а.е.
Исследователи планируют больше узнать о границах Солнечной системы благодаря запуску новой миссии Interstellar Mapping and Acceleration Probe (IMAP), запланированной на 2025 год. Аппарат будет регистрировать потоки нейтральных атомов от 0,005 до 1 кэВ, от 0,4 до 16 кэВ и от 3 до 300 кэВ. Это позволит оценивать изменчивость внешней гелиосферы в два раза быстрее, чем IBEX.