Мы живём внутри пузыря. Не метафорического, а вполне физического: огромной полости, которую Солнце непрерывно раздувает своим ветром в межзвёздной среде.
Этот пузырь называется гелиосферой. Внутри него — вся Солнечная система, все планеты, все астероиды, все кометы и мы с вами.
Снаружи — уже другая материя, другие магнитные поля, другой состав частиц. Граница между «нашим» и «не нашим» лежит примерно в 120 астрономических единицах от Солнца — около 18 миллиардов километров. Свет от Солнца долетает туда за 16–17 часов.
История началась не с теории, а с наблюдения, которое долго не умели правильно прочитать. Хвосты комет всегда смотрят от Солнца. Долгое время это объясняли давлением света. Но в 1940-х годах стало ясно: газовые хвосты отклоняются сильнее, чем позволяет только фотонное давление. Куно Хоффмайстер, а затем Людвиг Бирманн предположили, что Солнце выбрасывает поток частиц, который «дует» на кометы.
В 1958 году Юджин Паркер сделал следующий шаг. Он показал, что горячая солнечная корона (миллионы градусов) не может оставаться статичной. Термическое давление должно порождать непрерывный сверхзвуковой поток — солнечный ветер. Из той же математики следовало, что магнитное поле Солнца будет закручиваться в спираль, а сам ветер в итоге столкнётся с межзвёздной средой и образует границу. Статья едва не погибла на рецензии. Многие физики того времени считали идею слишком радикальной: корона должна быть спокойной, частицы — только от вспышек. Редактор Astrophysical Journal опубликовал работу вопреки возражениям.
Через несколько лет наблюдения подтвердили теорию. Советские аппараты серии «Луна» и особенно американский Mariner 2 в 1962 году зафиксировали непрерывный солнечный ветер. Термин «гелиосфера» закрепился в научной литературе в 1967 году. В 1970-е годы советские теоретики (в первую очередь В.Б. Баранов и коллеги) построили гидродинамические модели взаимодействия солнечного ветра с межзвёздным газом. Именно тогда сложилась современная картина: ударная волна (termination shock), где ветер резко замедляется, гелиооболочка и внешняя граница — гелиопауза.
Прямое подтверждение пришло только в XXI веке. Voyager 1 пересёк ударную волну в 2004 году на расстоянии около 94 а.е., а гелиопаузу — 25 августа 2012 года примерно на 122 а.е. Voyager 2 сделал то же самое в 2007 и 2018 годах, но на других расстояниях (около 84 и 119 а.е.). Разница показала, что пузырь не симметричен. Позже данные IBEX, Cassini и New Horizons заставили пересмотреть и форму: классическая «кометная» модель с длинным хвостом уступила место более округлым или даже «круассаноподобным» вариантам. Сильное межзвёздное магнитное поле и пикап-ионы, по-видимому, не дают пузырю сильно вытягиваться.
Гелиосфера — не абсолютная стена. Она заметно ослабляет поток галактических космических лучей низких и средних энергий, но почти не задерживает самые энергичные частицы и гамма-излучение.
Тем не менее без неё радиационный фон внутри Солнечной системы был бы выше, а условия для жизни (и для космонавтики) — заметно жёстче. Граница при этом довольно резкая: когда Voyager пересекали её, приборы фиксировали скачок плотности плазмы и изменение состава частиц. Мы впервые увидели, где заканчивается «солнечное» и начинается «межзвёздное».
Есть в этом что-то тихое и почти тревожное. Мы привыкли думать о космосе как о бесконечном пространстве без границ. На деле же почти всё, что мы называем «нашей системой», находится внутри относительно тонкой оболочки, которую поддерживает одна звезда.
Солнце не просто светит — оно непрерывно работает как насос, отодвигая внешнюю среду. Стоит этому процессу ослабнуть (а когда-нибудь Солнце станет красным гигантом и ветер изменится), и граница сместится. Пузырь не вечен.
Voyager’ы — первые человеческие объекты, которые вышли за эту границу. Они всё ещё посылают сигналы, но уже из среды, которая никогда не принадлежала Солнцу.