“Вояджер-1” слышит тишину межзвездной плазмы

8220Вояджер18221слышиттишинумежзвезднойплазмы

Почти 018 лет назад «Вояджер-1» пересек беспрецедентный рубеж: он стал первым рукотворный объект для входа в межзвездное пространство. В то время я был всего лишь учеником средней школы, не обращая внимания на эту веху и не подозревая, что в следующем десятилетии я присоединюсь к Межзвездной миссии «Вояджер» в качестве аспиранта-приглашенного исследователя. Пока я был занят изучением программы бакалавриата по физике, «Вояджер-1» продирался через межзвездную среду и в мельчайших подробностях раскрыл, как межзвездная плазма и солнечный ветер сталкиваются и взаимодействуют через пограничный слой, называемый гелиопаузой, где они участвуют в массивной балансировке давления. действие, которое защищает нашу гелиосферу от великого запредельного.

Voyager trajectory diagram
Диаграмма, показывающая относительные траектории миссий Voyager и Pioneer через

Солнечную систему и за ее пределы. Предоставлено: НАСА

Время от времени выбросы корональной массы от Солнца посылают ударные волны, бегущие через гелиопаузу. , возбуждающие переходные явления плазменных колебаний, которые обнаруживаются системой плазменных волн Voyager 1 (PWS) – эти события появляются в спектре PWS на радиоволнах, как вы можете видеть (и слышать) на видео ниже. Вплоть до этой работы «Вояджер-1» полагался на эти явления плазменных колебаний для измерения плотности межзвездной среды, поскольку частота колебаний напрямую зависит от плотности плазмы. Примерно раз в год Voyager 1 PWS улавливал сигнатуру плазменных колебаний на уровне кГц, что позволило команде PWS добавить еще несколько точек на карту межзвездной плотности. примерно раз в несколько AU. В то же время исследования мелкомасштабной структуры этих событий показали, как межзвездная турбулентность проявляется в колебаниях плотности в широком диапазоне масштабов, от 10 с метров до Австралия или больше.

Эти результаты привлекли внимание моего научного руководителя примерно через год после того, как я присоединился к его группе, когда я учился использовать радиоизлучение пульсаров и быстрые радиовсплески для характеристики свойств межзвездной плазмы. Когда НАСА объявило конкурс заявок на участие в Программе приглашенных исследователей внешней гелиосферы, мы ухватились за возможность изучать межзвездную среду с помощью самых прямых зондов: «Вояджеры 1 и 2». Одной из наших главных целей было применение силы сигнала. обработка для поиска более слабых сигналов в данных PWS, которые, возможно, просто могли скрываться между и позади ярких событий плазменных колебаний, которые уже были обнаружены.

После нескольких месяцев просмотра данных с помощью более тонкой и зубчатой ​​гребенки я заметил слабую линию в спектре PWS, которая, казалось, следовала за плазменной частотой и сохранялась в течение почти трех лет, начиная с 2017 и заканчивая самыми последними общедоступными данными. Эта плазменная линия была непохожа на все, что я видел раньше, она была чрезвычайно узкополосной и настолько слабой, что ее можно было обнаружить только в отсутствие событий плазменных колебаний. Стремясь определить, был ли этот сигнал реальным или каким-то шумовым артефактом, мы проконсультировались с инспектором PWS Доном Гурнеттом и вторым сотрудником Биллом Куртом из Университета Айовы, которые выполнили независимую проверку данных и подтвердили достоверность нашего обнаружения. После долгого обсуждения с нашими коллегами из Университета Айовы происхождения этой слабой плазменной линии мы пришли к выводу, что этот сигнал можно использовать для определения плазменной частоты. Впервые мы смогли регулярно отслеживать распределение плазмы в очень локальной межзвездной среде почти на 11 AU межзвездного пространства, с пространственным разрешением менее 0. 10 AU.

Постоянство этого узкополосного излучения плазменных волн вызывает ряд интересных возможностей и вопросов. Возможно, этот сигнал будет по-прежнему обнаруживаться в новых данных от Voyager 1, что позволит Voyager 1 квазинепрерывно отслеживать плотность плазмы до тех пор, пока сохраняется сигнал. Неясно, какой именно физический механизм может быть ответственным за такие узкополосные постоянные плазменные волны. Обнаружение сигнала в отсутствие событий плазменных колебаний, вызванных ударной волной, предполагает, что эта плазменная линия не генерируется солнечной активностью и может быть связана с внутренним процессом в межзвездной среде, таким как тепловые флуктуации плотности в плазме. Эта возможность чрезвычайно интересна, поскольку предполагает, что это обнаружение может позволить «Вояджеру» впервые проследить свойства покоя межзвездной плазмы, а не исследовать межзвездную плазму, поскольку она изменяется под действием солнечной активности. Даже после более чем 4 десятилетий космических путешествий и бесчисленных революционных открытий «Вояджер-1» продолжает идти по новому пути. Кто знает, какие открытия еще впереди?