A Voyager-1 űrszonda kilépett a szuperszonikus napszélbuborékból

A Naprendszer-kutatás jelentős eseményéről „első kézből” értesülhetünk.

Mint arról 2004 őszén „A Voyager-1 űrszonda a helioszféra határvidékén” című írásunkban már tudósítottunk, az 1977-ben felbocsátott Voyager-1 2002 nyarától mintegy hat hónapig, majd 2004 januárjától ismét nagy és erősen ingadozó részecskeintenzitásokat mért. Ez a korábban nem tapasztalt viselkedés a Voyager szondák vezető kutatói szerint a szuperszonikus napszél végét jelző lökéshullám (termination shock) közelségét jelezte, de az azon való áthaladást a mágneses térre vonatkozó adatok nem igazolták. Az idézett írás megjelenéséig tehát az űrszonda a szuperszonikus napszelet tartalmazó hatalmas, a Nap bolygórendszerén is túlnyúló plazmabuborék határát még nem lépte át, és nem jutott át a helioszféra forró, szubszonikus napszelet tartalmazó burkába ill. köpenyébe.

Az MTA KFKI Részecske- és Magfizikai Kutatóintézetének (RMKI) kutatói a nagyenergiájú ionok intenzitásának változásaira és iránybeli eloszlására vonatkozó adatokat vizsgálva 2004-ben arra a következtetésre jutottak, hogy a részecskék általában a bolygóközi mágneses tér spirálszerkezete mentén áramlottak, de a várakozásokkal ellentétben szinte mindig kifelé. Egy közeli, de a szonda helyzetétől kifelé lévő lökéshullámon felgyorsult részecskék viszont várhatóan nagyrészt kívülről befelé érkeznének a szondához. Mind az áramlás iránya, mind a hosszú időn át tartó, változó erősségű intenzitásváltozások a vártnál bonyolultabb szerkezetű és alakú lökéshullámra és mágneses szerkezetre utaltak. Reméltük, hogy a lökéshullámon való áthaladás időszaka segíti majd a látszólag ellentmondásos észlelési adatok megértését és a szerkezet tisztázását.

Amikor 2004 októberében és novemberében a mért részecskefluxusok erősen csökkenő tendenciát mutattak, kevesen várták, hogy a lökéshullámon való átlépés hamarosan bekövetkezik. December elejétől viszonylag kis átlagos fluxusok mellett igen nagy változékonyság volt észlelhető. A hó közepe felé a fluxusok megnőttek, majd 15-én igen erős anizotrópia és kis energiákon nagy fluxus lépett fel. Ma gyakorlatilag mindenki egyetért abban, hogy a lökéshullámon való átmenet december 16-án, a naptól 94,1 CsE távolságban következett be. Sajnos 2004 eleje óta ez volt az egyetlen nap, amikor a telemetriai kapcsolat hiánya miatt semmiféle adat sem érkezett a Voyager-1-ről. Az ezt követő napokon viszont egyre nyilvánvalóbbá vált, hogy a fluxusok, különösen kis energiákon, erősen megnőttek, és a változékonyság csökkenő tendenciát mutat. 2005 január végéig látszott ugyan még némi változékonyság a lökéshullám utóhatásaként, de az ezt követő 4-5 hónapban mind az intenzitás, mind az irányeloszlás igen sima, szabályos módon változott a különböző energiákon. Emellett az irányeloszlás anizotrópiájának első harmonikus komponense, amely a nagyenergiájú részecskék áramlását jellemzi, legalább egy nagyságrenddel kisebbé vált, mint a lökéshullámot megelőző időszakban. Bár számunkra már januárban és még inkább februárban nyilvánvaló volt, hogy a szonda december közepén áthaladt a lökéshullámon, a Voyager szondák és a fedélzeti műszerek vezető kutatói megvárták, míg a mágneses térre vonatkozó adatok is megerősítik az áthaladást, és csak május 24-én jelentették be azt hivatalosan. Mint a mágneses regisztrátumok alapos elemzése után kiderült, a mágneses tér erőssége a várakozásoknak megfelelően mintegy 3-4-szeresére nőtt, és a mért mágneses tér valószínűségi eloszlása is alaposan megváltozott.

A lökéshullámon való áthaladás tényében és az azt alátámasztó adatok megbízhatóságában ma már minden kutató egyetért. Igen sok fontos részletkérdés vár azonban még tisztázásra. Nem világos például, hogy milyen sebességgel haladt át a Voyager-1 szonda 2004. december 16-án a szuperszonikus napszelet határoló hatalmas lökéshullámon. Bár a szonda Naphoz viszonyított sebességét pontosan ismerjük, a lökéshullámét nem. Valószínű, hogy azon a napon a lökéshullám befelé irányuló sebessége lényegesen nagyobb volt, mint a szonda kifelé irányuló sebessége, vagyis inkább a lökéshullám haladt át a szondán, mint megfordítva. A lökéshullám befelé haladásának oka a napszél torló nyomásának (lényegében a részecskesűrűség és a sebességnégyzet szorzatának) csökkenése. Nem tudjuk biztosan, hogy a nyomás növekedésével később nem éri-e ismét utol a lökéshullám a szondát, bár ennek valószínűsége az idő múltával csökken.

Mint már említettük, az sem volt igazán érthető, hogy miért tapasztaltuk a gyors részecskék szinte kizárólagos kifelé áramlását a lökéshullámon való áthaladást megelőző időszakban. Ez a tendencia az átlépést követő 2-3 hónapban megszűnt, és a befelé áramlás vált dominánssá, ismét ellentmondva a naiv várakozásoknak. Ezt követően viszont ismét gyenge kifelé áramlás vált uralkodóvá. A 29. Kozmikus Sugárzási Világkonferencián (Pune, India, 2005. aug. 1-10.) elhangzott előadások és bemutatott poszterek több lehetséges magyarázatot adtak ezekre az ellentmondásokra. A napszél térbeli és időbeli változékonysága miatt a lökéshullámon kisebb-nagyobb kitüremkedések lehetnek, és az áthaladás talán éppen egy ilyen kitüremkedés közelében történt. A látszólag kifelé haladó mágneses erővonalak így már metszhették valahol a lökéshullámot, és a korábban látott részecskeáramlás innen származhat. Az is lehet, hogy nem csak véletlenszerű kitüremkedésekről, hanem globális torzulásról van szó, esetleg a csillagközi mágneses tér és különféle 3-dimenziós áramlások hatására. A konferencián közreadott interpretációnk inkább az utóbbi feltevést támogatja.

A nagyenergiájú részecskék spektruma a megfigyelések szerint kisebb energiákon vág le, mint az a lökéshullám környezetében gyorsuló „anomális komponens” korábbi megfigyeléseiből várható lenne. (Az anomális komponens egyébként nagyrészt egyszeresen töltött ionokból áll, és a helioszféra belső tartományaiban, sőt Földünk magnetoszférájában is észlelhető.) Talán a legnagyobb energiájú részecskék gyorsítása a lökéshullám más, távoli részein megy végbe, míg a MeV alatti részecskék helyben gyorsulnak. A különböző energiájú részecskék más-más úton érkeznek a szondához a lökéshullámon belül és kívül, más-más irányeloszlást indukálva.

Az sem világos, milyen messze van most a Voyager-1 a lökéshullámtól, hiszen a távolságot a szonda Naphoz viszonyított mozgásánál jobban befolyásolhatja magának a lökéshullámnak a mozgása. A lökéshullám gyors befelé irányuló mozgását támasztja alá az is, hogy az utóbbi hónapokban a Voyager-2 űrszondánál is megjelentek a Voyager-1-nél 2002 közepén észlelthez igen hasonló intenzitásingadozások, holott az még mintegy 8 CsE-gel közelebb van a Naphoz, mint a Voyager-1 volt a változások kezdetekor. Mivel a Voyager-2 fedélzetén még működik a napszél paramétereit mérő plazmadetektor, ennek a szondának a lökéshullámon való áthaladásától igen sok információt várhatunk. Bár valószínűsíthető, hogy sok kérdésre a két szonda adataiból sem fogunk egyértelmű választ kapni, az elkövetkező néhány év kétségtelenül nagy mértékben hozzá fog járulni külső naprendszerünk plazmakörnyezetének jobb megértéséhez.

Király Péter (KFKI RMKI)

Kapcsolódó cikkek:
A Voyager-1 űrszonda a helioszféra határvidékén

Kapcsolódó linkek:
A Voyager-program honlapja