NASA pochwaliła się, że w listopadzie 2019 roku Voyager 2 formalnie przekroczył granicę Układu Słonecznego. Nie on pierwszy i nie ostatni.

Krótko. Jak dotąd granicę helios­fery prze­kro­czyły obie sondy Voyager. W dalszej przy­szło­ści dołączą do nich sondy Pioneer 10 oraz Pioneer 11, a także New Horizons.

Tro­szeczkę dłużej. Sir Terry Prat­chett pisał kiedyś, że “gra­wi­ta­cja to nałóg, z którym trudno zerwać”. Trudno o traf­niej­sze spo­strze­że­nie. Kiedy rzucimy przed siebie kamień, ten zakreśli w powie­trzu łuk, po czym opadnie ścią­gnięty ziemską siłą ciążenia. Im mocniej nim ciśniemy, tym dłużej będzie leciał nad ziemią. Mając tę wiedzę Sir Izaak Newton (zrobiło się ary­sto­kra­tycz­nie) wyde­du­ko­wał, że gdyby nadać kamie­niowi znacznie większą energię, mógłby on zatoczyć koło wokół Kuli Ziem­skiej i obiegać planetę po gustow­nej orbicie. Używając wła­ści­wego słow­nic­twa powiemy, że taki kamień prze­kro­czył pierwszą prędkość kosmiczną.

Idźmy dalej za tym rozu­mo­wa­niem. Jeżeli zechcemy posłać jakieś ciało na Marsa lub inną obcą planetę, będziemy zmuszeni wystrze­lić je z jeszcze większym impetem, tak, aby obiekt cał­ko­wi­cie wyrwał się z gra­wi­ta­cyj­nej uwięzi. To druga prędkość kosmiczna, a jed­no­cze­śnie (i bardziej wymownie) prędkość ucieczki. A co, gdybyśmy chcieli posłać coś poza Układ Sło­neczny? Jak na pewno prze­czu­wa­cie, musimy wyko­rzy­stać jeszcze więcej energii, która pozwoli wystrze­lo­nemu obiek­towi wyśli­zgnąć się z gra­wi­ta­cyj­nego uścisku naszej gwiazdy. Tej samej, która dys­po­nuje masą trzystu tysięcy Ziem i trzyma w ryzach osiem planet, dzie­siątki księ­ży­ców i bezlik kosmicz­nego gruzu. Innymi słowy musimy prze­kro­czyć trzecią prędkość kosmiczną.

Chociaż epoka wojaży mię­dzy­gwiezd­nych jeszcze długo pozo­sta­nie tylko marze­niem, to od dawna potra­fimy dać naszym pojazdom wystar­cza­ją­cego kopa, aby były w stanie osiągnąć trzecią prędkość kosmiczną. Pierwsi ziemscy posłańcy wystar­to­wali w latach 70. ubie­głego stulecia. Były to kolejno sondy: Pioneer 10, Pioneer 11, Voyager 2 oraz Voyager 1 (nie, to nie pomyłka: “dwójka” ruszyła w drogę dwa tygodnie przed “jedynką”). Nie chcę Was zanudzać, więc ogra­ni­czę pre­zen­ta­cję do minimum.

Pioneer 10 jako pierwszy prze­fru­nął przez pas pla­ne­toid, dowodząc, że nie jest on tak gęsty i nie­bez­pieczny jak nie­któ­rzy sądzili, jak również sfo­to­gra­fo­wał system Jowisza. Prędkość 52 tys. km/h przy starcie, pozo­sta­wała rekordem aż do 2006 roku i Nowych Hory­zon­tów. Ogniwa ter­mo­elek­tryczne pozwa­lały Pio­ne­erowi na wysy­ła­nie war­to­ścio­wych sygnałów radio­wych aż do 1997 roku. Obecnie znajduje się około 19 miliar­dów km od Słońca.

Pioneer 11 wystar­to­wał w rok po poprzed­niku i obrał podobną drogę, kierując się ku Jowi­szowi. Następ­nie sonda sko­rzy­stała z gra­wi­ta­cji olbrzyma, która pchnęła ją w kierunku Saturna. Niestety, misja ta okazała się bardziej ener­go­chłonna, w związku z czym do zerwania łącz­no­ści doszło kilka lat wcze­śniej. Obecnie od Słońca dzieli ją dystans nieco ponad 15 miliar­dów km.

Voyager 2 odbył naj­cie­kaw­szą wędrówkę, mijając Jowisza, Saturna, a następ­nie również Urana i Neptuna. Za jej zasi­la­nie odpo­wiada gene­ra­tor oparty o rozpad pro­mie­nio­twór­czy plutonu, wciąż dzia­ła­jący, choć ze stale spa­da­jącą efek­tyw­no­ścią. Zerwanie kontaktu czeka nas praw­do­po­dob­nie przed 2025 rokiem. Co ciekawe i tak mieliśmy mnóstwo szczę­ścia. Wskutek omyłki ope­ra­tora już w niecały rok po starcie doszło do awa­ryj­nego zanik­nię­cia łącz­no­ści. Problem udało się naprawić po siedmiu dniach ści­ska­ją­cej trwogi. Aktualna odle­głość od Słońca wkrótce sięgnie 18,5 miliarda km.

Voyager 1 minął “tylko” dwie planety, jednak dokonał przy okazji pio­nier­skich badań m.in. pier­ście­nia Jowisza (tak, on też ma pier­ścień) oraz księżyca Saturna – Tytana. W 1998 roku prze­go­nił sondy Pioneer i do chwili obecnej dzierży tytuł naj­od­le­glej­szego urzą­dze­nia skon­stru­owa­nego przez ludzi. Korzysta z bliź­nia­czego zasi­la­nia do Voyagera 2, w związku z czym pozo­stało mu jeszcze kilka lat życia. Na tę chwilę, znajduje się w odle­gło­ści prawie 22 miliar­dów km od Słońca.

Wszyst­kie cztery misje pochodzą z poprzed­niej epoki i dedy­ko­wane były przede wszyst­kim badaniom gazowych olbrzy­mów. Oddalają się z nie­ba­ga­tel­nymi pręd­ko­ściami i bez względu na to czy mamy z nimi kontakt, czy nie, w dalekiej przy­szło­ści miną obce gwiazdy. Gonić je będzie jeszcze jedna sonda NASA – bardziej współ­cze­sna, bo zaini­cjo­wana w 2006 roku. Mowa o New Horizons, która jakiś czas temu pozwo­liła nam rzucić okiem na powierzch­nię Plutona. W momencie wystrze­le­nia na pokła­dzie rakiety Atlas V, sonda prze­kro­czyła prędkość 58 tys. km/h, co pozwo­liło jej na pogrze­ba­nie trzy­dzie­sto­let­niego rekordu szyb­ko­ści Pioneera 10 i z nawiązką wystar­czy do wysko­cze­nia poza Układ Sło­neczny. Na razie Hory­zonty znajdują się jakieś 6,5 miliarda km od Słońca, badając zmar­z­nięte pla­ne­to­idy Pasa Kuipera.

Pozo­staje nam jeszcze zasad­ni­cze pytanie:

gdzie leży granica Układu Słonecznego?

Jak to zwykle bywa w takich przy­pad­kach odpo­wiedź jest bardzo umowna i zależy od przy­ję­tych kry­te­riów. Ktoś mógłby powie­dzieć, że układ pla­ne­tarny sięga tam gdzie orbita ostat­niej planety. Jednak hen daleko poza aphelium Neptuna znaj­dziemy masę ciał nie­bie­skich, którym trudno odmówić przy­na­leż­no­ści do naszego systemu. Mamy Plutonki, pas Kuipera, dysk roz­pro­szony i w końcu naj­bar­dziej wierzch­nią warstwę Układu Sło­necz­nego – obłok Oorta-Öpika (nie zapo­mi­najmy o wybitnym Estoń­czyku Ernście Öpiku!). Przy­biera on formę kolo­sal­nej bańki roz­rze­dzo­nych gazów, pyłów i okruchów skalnych, otu­la­ją­cej cały Układ. Nie wiemy o nim zbyt wiele, ale przy­pusz­czal­nie może wypeł­niać prze­strzeń leżącą od 50 do setek miliar­dów kilo­me­trów od Słońca.

Kiedy więc sły­szy­cie medialne donie­sie­nia o prze­kra­cza­niu granic Układu Sło­necz­nego, miejcie na uwadze, że tak naprawdę nasze sondy wciąż znajdują się znacznie bliżej Słońca niż wiele natu­ral­nie obie­ga­ją­cych je obiektów (choćby Sedna). Pomy­śl­cie również o tym, że nawet słynny Voyager 1 pokonał dopiero mniej niż połowę drogi pro­wa­dzą­cej do wewnętrz­nych warstw obłoku Oorta. Przy obecnej pręd­ko­ści zacznie pene­tro­wać obłok za trzy stulecia, a opuści go cał­ko­wi­cie – zależnie od jego grubości – dopiero po kolej­nych kilku, może kil­ku­na­stu tysią­cach lat.

Jednak wbrew temu co napi­sa­łem, NASA już jakiś czas temu obwie­ściła wielką ucieczkę sond z serii Voyager. Nie­cier­pliwi naukowcy posta­no­wili nie czekać do przy­szłego milenium i wyszli z inną, znacznie bliższą defi­ni­cją granicy Systemu Solar­nego. Zamiast zwracać uwagę na jakieś zimne kamienie z kosmicz­nych czeluści, skupili się na natę­że­niu wiatru sło­necz­nego, czyli zjo­ni­zo­wa­nych cząstek mio­ta­nych we wszyst­kich kie­run­kach przez naszą gwiazdę.

Klu­czo­wym pojęciem staje się tu helios­fera – obszar domi­na­cji wiatru sło­necz­nego nad pro­mie­nio­wa­niem docho­dzą­cym z wnętrza galak­tyki. Jego wewnętrzna warstwa, zwana szokiem końcowym – gdzie cząstki o solarnym rodo­wo­dzie wyha­mo­wują poniżej pręd­ko­ści dźwięku – tworzy bąbel o brzegach odda­lo­nych o 12 do 15 miliar­dów kilo­me­trów od Słońca. Większe wąt­pli­wo­ści budzi krawędź zewnętrzna, okre­ślana mianem helio­pauzy. Cała helios­fera znajduje się pod nie­ustan­nym naporem cząstek, smagana pro­mie­nio­wa­niem docho­dzą­cym z głębi galak­tyki. Helio­pauza, jako pierwsza linia obrony podlega poważnym odkształ­ce­niom. W naj­cień­szym miejscu niemal pokrywa się szokiem końcowym (~100 j.a.), podczas gdy rozwiany ogon roz­po­ściera się na dystan­sie setek miliar­dów kilo­me­trów. Zatem, żeby wypłynąć w prze­strzeń mię­dzy­gwiezdną musimy pokonać różny dystans, zależnie od obranego kursu.

Właśnie przez te nie­jed­no­znacz­no­ści, wyzna­cze­nie dokład­nego momentu opusz­cze­nia przez tę czy inną sondę Układu Sło­necz­nego pozo­staje tak dys­ku­syjne. Zacho­wu­jąc precyzję właściwą nauce, naj­bez­piecz­niej mówić o prze­kra­cza­niu kon­kret­nych warstw helios­fery.

I tak też Voyager 1 minął szok końcowy (wiem, brzmi dzi­wacz­nie) w roku 2004, zaś helio­pauzę latem 2012. Voyager 2 prze­kro­czył szok końcowy już w roku 2007, a od końca 2018 roku zdaje się opusz­czać helios­ferę, co potwier­dziły świeżo nade­słane dane. Z kolei sondy Pioneer (sądząc po prze­by­tej odle­gło­ści, bo nie mamy z nimi kontaktu), praw­do­po­dob­nie sfor­so­wały szok końcowy, lecz nadal nie uciekły z helios­fery. Warty uwagi jest tu przy­pa­dek Pioneera 10. Znajduje się on aktu­al­nie dalej od Słońca niż Voyager 2, jednak ucieka w prze­ciw­nym kierunku – mknąc przez wydłu­żony ogon helios­fery. Możemy przy­pusz­czać, że osią­gnię­cie helio­pauzy zajmie mu setki, jeśli nie tysiące lat.

Sonda New Horizons prze­mie­rza drogę podobną do Voyagera 2 i jeśli nic nie stanie jej na prze­szko­dzie, wyskoczy poza helios­ferę pod koniec lat 30. obecnego stulecia.

  • Antoni Brzoza

    Świetny artykuł, dziękuje

  • BloodMan

    Czytało się wspa­niale. Wincyj!

  • Lukasz (SE Mazowsze)

    Super artykuł 🙂

  • kikostan

    Niezbyt podoba mi się ta grafika pod tym (i każdym innym) arty­ku­łem… Natu­ral­nie można mieć przycisk czy opcję w menu “Wesprzyj serwis”, ale takie żebranie pod każdym tekstem jest trochę nie­smaczne. Nie wydaje mi się również godne autora tego bloga. Wszystko, co jest nachalne i w złym guście bardzo psuje nawet nie­zwy­kle war­to­ściowy przekaz. Pro­po­nuję prze­my­śleć temat.

    • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

      To panel auto­ma­tycz­nie wyświe­tla­jący się pod każdym tekstem. Ale fakt faktem muszę prze­my­śleć temat. Darmowy content, przy którym trzeba się napra­co­wać to kiepski i niegodny pomysł. Być może nale­ża­łoby wpro­wa­dzić płatne abo­na­menty, albo obwa­ro­wać całą witrynę rekla­mami — jak więk­szość stron. Byle nie “żebrać” i nie drażnić naj­zac­niej­szych czy­tel­ni­ków.

    • Michał Skichał

      Mnie ona nie prze­szka­dza. Prawdę mówiąc, tak do niej przy­wy­kłem, że prak­tycz­nie stała się dla mnie nie­wi­dzialna 😉

  • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

    Ale trzeba tu nieco uspra­wie­dli­wić portale infor­ma­cyjne, ponieważ opusz­cze­niem Układu Sło­necz­nego przez Voyagera 1 czy Voyagera 2 chwali się sama NASA — oczy­wi­ście licząc na darmową reklamę i uwagę mediów. Niemniej, tak jak piszesz — gdyby rze­czy­wi­ście przyjąć defi­ni­cję utoż­sa­mia­jącą Układ z helios­ferą, to wiele ciał nie­bie­skich krą­żą­cych wokół Słońca musie­li­by­śmy uznać za obiekty leżące poza Układem Sło­necz­nym. A brzmi to kurio­zal­nie.

    Co do kształtu wszech­świata, to mam to w planach. 🙂 Przede wszyst­kim jednak chciał­bym zająć się kwestią tego jak rozumieć geo­me­trię wszech­świata, bo tutaj serwisy infor­ma­cyjne również sieją ferment.

    • Michał Skichał

      Nie wie­dzia­łem, że NASA roz­po­wszech­nia takie bzdety.Skoro nie bardzo wiedzą, co to jest Układ Sło­neczny, nie ma się co dziwić, że nie potrafią wrócić na Księżyc 😉 Ludzie którzy się na Układzie Sło­necz­nym znali, naj­wy­raź­niej odeszli z tej insty­tu­cji po zakoń­cze­niu programu Apollo 😉 No dobra, dość tych zło­śli­wo­ści.

      Rozumiem zatem, że planuje Pan bardzo ciekawe tematy, np. lokalna krzy­wi­zna vs. topo­lo­gia 😀 Trzymam kciuki i czekam z nie­cier­pli­wo­ścią :))

      • https://www.kwantowo.pl/ Adam Adamczyk

        Trzeba być wyro­zu­mia­łym, bo takich kłam­ste­wek jest znacznie więcej. Według części defi­ni­cji Mię­dzy­na­ro­dowa Stacja Kosmiczna orbi­tu­jąca 400 km nad Ziemią, tak naprawdę porusza się w obrębie ziem­skiej atmos­fery. Wszystko zależy od przy­ję­tych założeń. 😉

      • Wojciech Rogowski

        Cóż, znając życie, upu­blicz­niają takie rzeczy wiedząc dobrze, że nie jest to w 100% prawdą, jednakże brak jakich­kol­wiek działań medial­nych z ich strony zapewne skut­ko­wałby mniej­szym popar­ciem spo­łecz­nym, co wiązało by się z ogra­ni­cze­niem finan­so­wa­nia NASA przez rząd USA 😉