Два мира, два космоса: 28 ноября произошли два знаковых события. Во-первых, ракета «Союз», стартовавшая с новейшего российского космодрома «Восточный», известного пока что больше голодовками его строителей и тем, что как минимум десятая часть из десятков миллиардов, всаженных в очередной мега-жульнический проект, была разворована, утопила все 19 спутников, которые должна была вывести на орбиту. А ведь это всего лишь второй старт за полтора года существования никому не нужного космодрома.
Во-вторых, в этот же день инженеры НАСА включили двигатели известного зонда «Вояджер-1». С 17 февраля 1998 года, обойдя зонд «Пионер», он является самым дальним от Земли объектом, созданным человеком и по некоторым показателям можно считать, что он уже покинул солнечную систему. Были успешно опробованы 10-миллисекундными включениями четыре двигателя коррекции траектории MR-103, не работавшие более 37 лет, с 8 ноября 1980 года, когда «Вояджер-1» находился вблизи Сатурна. В дальнейшем эти двигатели предполагается в случае необходимости использовать вместо комплекта двигателей ориентации (того же типа), которые с 2014 года проявляют признаки некоторого ухудшения работы. Те, кстати, в последний раз включались 14 февраля 1990 г. по настоянию самого Карла Сагана!
«Вояджер-1» тогда развернулся и с рекордного расстояния (более 6 млрд. км), уже далеко за орбитой Плутона сделал снимок «Pale Blue Dot» (Бледно-голубая точка), который стал самым знаменитым изображением Земли из космоса.
Когда они стартовали, Советский Союз казался незыблемым, я перешел на пятый курс университета, а моей дочке еще не исполнилось три годика. И вот прошло сорок лет, той страны давно нет, мой внук уже оканчивает школу, а они все летят! Да, они стареют, теряют функциональность, но ведь и мы не молодеем, и у нас все чаще сбоит то одно, то другое и кто знает, дотянем ли сами до 2025 года, когда энергии их изотопных термоэлектрических батарей не будет хватать даже для работы по минимальной программе.
Первым, 20 августа 1977 года, был запущен «Вояджер-2», а 5 сентября полетел «Вояджер-1». Сейчас он на расстоянии примерно 139,6 а.е. от Солнца, удаляясь со скоростью 3,6 а.е. в год, а показатели «Вояджера-2» составляют 115,28 а.е. и скорость 3.3 а.е. в год соответственно. А.е. ‑ это астрономическая единица, примерно равная расстоянию от Земли до Солнца (около 150 млн. км). Данные можно посмотреть здесь.
- Положение «Вояджера-1», логарифмическая шкала расстояний.
О масштабах и расстояниях. Последняя планета нашей системы (Нептун) удалена от материнской звезды на 30 а.е. До пояса Койпера с его Плутоном и прочими карликовыми планетами ‑ 50 а.е. Предполагаемое расстояние до внешних границ облака Оорта (гипотетическая сферическая область вокруг Солнца, источник долгопериодических комет) ‑ от 50000 до 100000 а.е. В среднем это примерно световой год или четверть расстояния до Проксимы Центавра, ближайшей к нам звезды. До гравитационной границы Солнечной системы, сферы Хилла, около 2 св. лет.
По данным НАСА, в конце августа 2012 г. датчики «Вояджера-1» зафиксировали резкое снижение плотности частиц солнечного ветра, причем в отличие от предыдущих случаев, тенденция к снижению сохранилась. Это означает, что аппарат вышел за пределы гелиосферы, заполненной частицами солнечного ветра (в основном гелиево-водородной плазмой), в межзвёздное пространство. Но тут, как видите, возникает вопрос, что именно считать границами Солнечной системы и как их определить.
В момент старта в строю на каждом зонде числилось по десять приборов плюс по две телекамеры, длиннофокусная и широкоугольная. Сейчас феноменальный по продолжительности полет обеспечивают пять научно-исследовательских команд ‑ по числу еще действующих инструментов. Они контролируют магнитное поле, низкоэнергетические частицы, космические лучи, характеристики плазмы и волн в ней.
Самый простой способ определить, преодолел ли аппарат границу гелиосферы, это измерить температуру, давление и плотность плазмы, окружающей зонд. Однако этот прибор перестал работать на «Вояджере-1» еще в 1980 г. и пришлось полагаться на детектор космических лучей и плазменный волновой детектор. Первый периодически фиксировал рост уровня лучей галактического происхождения и падение энергии солнечного ветра, но решающую роль сыграл второй ‑ благодаря вспышкам на Солнце!
Такие вспышки образуют ударную волну, с помощью которой можно оценить плотность плазмы. «Эта волна заставляет плазму как будто бы звенеть, ‑ объяснял Эд Стоун, создатель зондов и руководитель миссии. ‑ Плазменный волновой прибор позволил нам измерить частоту этого звона, а детектор космических лучей показал, откуда пришел этот звон ‑ от выбросов на Солнце». Звуки, записанные «Вояджером», можно послушать здесь.
Но как бы то ни было, а если считать границей нашей системы сферу Хилла, то лететь нашим странникам до нее примерно 30 тысяч лет.
- Используя парад гигантов!
Посылая зонды так далеко, американцы виртуозно воспользовались крайне редко случающимся парадом планет-гигантов, когда они удачно расположились в узком секторе в нужной конфигурации и направлении. Последний такой парад состоялся 10 марта 1982 г. – тогда все девять планет (Меркурий, Венера, Земля, Марс, Юпитер, Сатурн, Уран, Нептун и Плутон, еще считавшийся планетой) собрались по одну сторону от Солнца в секторе с углом 95 градусов! Подобное повторится лишь в 2161 году. За пять лет до этого парада создалось расположение, позволившее использовать гравитационные манёвры для приобретения дополнительного импульса и нацеливания на следующий объект, при этом существенно сокращается расход топлива, расстояние и время пути к внешним планетам.
Между прочим, как ни бороздят наши зонды просторы Большого театра, то бишь вселенной, а кроме «Вояджера-2», посетившего все четыре планеты-гиганта, ‑ Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, ‑ у двух последних не побывал больше никто.
Юпитер
Фотографировать Юпитер «Вояджер-1» начал в январе 1979, когда качество снимков стало выше, чем сделанных с Земли, прошел 5 марта на расстоянии 207 тыс. км от гиганта, и закончил фотосессию в начале апреля, отсняв почти 19000 кадров. Впервые из космоса были получены снимки высокого разрешения! «Вояджер-2» подхватил эстафету в конце апреля (максимальное приближение 570 тыс. км ‑ 9 июля) и закончил работу в августе. Всего зонды передали около 33 тыс. фотографий планеты и ее пяти главных спутников.
Были обнаружены кольца Юпитера, получены данные о химическом составе атмосферы, о температуре ее верхних слоёв, данные по магнитосфере и т.д. Но самым большим сюрпризом стало открытие вулканизма на Ио ‑ и сплошь ледяной поверхности Европы.
На этом снимке Ио виден эффектно извергающийся вулкан Локи (синее свечение). В левой нижней части диска спутника виден громадный вулкан Пеле. Он также действующий, да еще как, что и было подтверждено снимками «Вояджера»: высота выброса достигает 300 км!
- Вулканы Ио
Тем контрастнее на ярком фоне Ио, инфернально-активной, дымящейся, покрытой желто-оранжевыми отложениями серы из вулканов, выглядит замороженная, закованная во льды голубая Европа! Ее броня исполосована гигантскими шрамами, которые тянутся на тысячи километров и подсказывают нам, что под этими многокилометровой толщины льдами кроется океан, в котором, чем черт не шутит, возможна жизнь…
- Льды Европы
Обследование самого крупного спутника в Солнечной системе, Ганимеда («Вояджеры» доказали, что он больше Меркурия!), показало, что он также покрыт корой льда, но «грязного», а его поверхность значительно старше поверхности Европы.
Сатурн
На минимальное расстояние «Вояджер-1» сблизился с этой планетой 13 ноября 1980 г., но его исследования начались тремя месяцами ранее. Получены изображения спутников Сатурна: Титана, Мимаса, Энцелада, Тефии, Дионы, Реи. При этом зонд пролетел мимо Титана на расстоянии всего 6500 км, что позволило собрать данные о его атмосфере и температуре. Оказалось, что она настолько плотная, что почти не пропускает света в видимом диапазоне, поэтому деталей поверхности увидеть не удалось. После этого зонд вышел из плоскости эклиптики, чтобы взглянуть на Сатурн и его систему сверху – и продолжил полет в северную часть гелиосферы. Так пути близнецов полярно разошлись.
Почти через год, 25 августа 1981 к Сатурну подлетел «Вояджер-2» и произвёл исследование атмосферы с помощью радара. Были получены данные о ее температуре и плотности. На Землю было отправлено около 16000 снимков, но систему поворота камеры заклинило на несколько суток. Путем осторожных попыток вращать ее в разные стороны удалось восстановить работоспособность системы, но часть изображений получить не удалось. Зонды обнаружили магнитное поле Сатурна и исследовали его магнитосферу, наблюдали штормы в атмосфере Сатурна, получили детальные снимки структуры колец, выяснили их состав и открыли щели Максвелла и Килера. Кроме того, было открыто несколько новых спутников планеты.
Затем зонд с помощью гравитационного маневра изменил направление полета и направился в долгий путь к Урану.
Уран
30 января 1986 года «Вояджер-2» пролетел в 81500 км от поверхности Урана. Он изучал структуру и состав его атмосферы, а также уникальные погодные условия, вызванные осевым наклоном в 97,77°, исследовал систему колец и обнаружил 11 новых спутников. Также было исследовано, точнее, впервые открыто магнитное поле и изучено строение магнитосферы, в том числе «магнитного хвоста», вызванного поперечным вращением. Было обнаружено 2 новых кольца и сфотографированы 5 самых крупных спутников.
Зонд показал, что на обоих полюсах Урана температура оказалась одинаковой, хотя только один освещался Солнцем. Исследователи сделали вывод о наличии механизма передачи тепла из одной части планеты к другой. Планета оказалась очень холодной, в среднем температура Урана составляет 59 К, или −214°C.
Миновав Уран, межпланетный Одиссей взял курс на самую дальнюю планету, Нептун. В этот раз гравитационный маневр почти не понадобился, настолько удачным оказалось взаимное расположение планет и столь точными предыдущие расчеты.
Нептун
- Тритон
Ближе всего к Нептуну «Вояджер-2» подошел 25 августа 1989 года. Так как Нептун был последней планетой системы, было решено совершить близкий пролет вблизи крупнейшего ее спутника Тритона, не считаясь с последствиями для траектории. По такой же причине, ради более тщательного исследования Титана, сменил курс и «Вояджер-1», что увело его вверх от плоскости эклиптики.
С помощью компьютерного моделирования диспетчеры определили лучшую траекторию полета. Так как плоскость орбиты Тритона значительно наклонена к плоскости эклиптики, с помощью коррекций зонд был направлен над северным полюсом Нептуна. В то время Тритон находился сзади и ниже (к югу от) Нептуна. После пролета над полюсом притяжение Нептуна отогнуло траекторию зонда в сторону Тритона, позволив наблюдать северное полушарие спутника. Конечным итогом маневра стал курс зонда на юг, по которому он сейчас и движется, под углом примерно 30 градусов к плоскости эклиптики.
Во время сближения сигналы с аппарата шли до Земли 246 минут, поэтому зонд следовал, главным образом, предварительно загруженным командам. Он пролетел весьма близко от Нереиды, а затем всего в 4400 км от атмосферы Нептуна. Спустя несколько часов «Вояджер-2» прошел в 39800 км от Тритона. Это седьмой по величине спутник Солнечной системы (диаметр 2706 км) и единственный крупный спутник с ретроградным движением по орбите и большим ее наклоном к плоскостям эклиптики и экватора Нептуна. Тритон чуть больше Плутона, а характерные двойные разломы на поверхности этого спутника напоминают аналогичные образования на Европе.
Возможно, и на Тритоне есть подледные океаны, но, конечно, не водные, слишком уж низкая там температура. Однако обратите также внимание на черные полоски, тянущиеся в одном направлении. Это газовые струи, вылетающие из жерл специфических гейзеров, криовулканов. На высоте 8 км струи изгибаются на 90° и вытягиваются в широкие горизонтальные шлейфы, тянущиеся на 150 км и более. На снимках Тритона удалось насчитать до 50 таких шлейфов.
Дело в том, что недра Тритона греются за счет приливного взаимодействия с планетой-гигантом. Поэтому спутник даже имеет азотную атмосферу с еле заметными облаками. Видимо, это внутренне тепло приводит к образованию криовулканов, хотя цвет отложений показывает, что со струями газов летит нечто вроде сажи, из которой ветер образует полосы, а сажа свидетельствует о более сложных процессах. Кстати, это были первые криовулканы, обнаруженные в солнечной системе.
«Вояджер-2» подтвердил существование магнитного поля Нептуна и установил, что оно наклонено, как и поле Урана. Вопрос о периоде вращения планеты был решён измерением радиоизлучения. Зонд также показал необычно активную погодную систему Нептуна. По данным зонда, заметного внутреннего источника тепла нет ни на Уране, ни на Нептуне. Но если первый вообще лишен видимых деталей, это монотонный голубовато-зеленый шар, то на втором было обнаружено «Большое темное пятно», ураган, длящийся много лет (сейчас он различим на снимках телескопа «Хаббл»). Южнее располагается еще одно темное пятно со светлым центром. Видны на снимках и широтные полосы облаков, скорость движения которых достигает 2100 км/ч. Также было открыто 6 новых спутников планеты и кольца, каковых оказалось несколько.
- Нептун
Veni, vidi, vici
Этой емкой фразой Цезарь сообщил Сенату о победе над понтийским царем Фарнаком. Обратите внимание, главное для победы – увидеть!
Ибо именно визуально мы получаем большую часть информации о мире. В этой связи следует отдать должное снимкам «Вояджеров» ‑ это первые качественные фото, полученные из космоса. Карл Саган недаром писал: «Хотя почти все мы знаем, что Земля ‑ это шар, на котором нас каким-то образом удерживает сила тяготения, осознание этого пришло к нам лишь со знаменитой фотографией Земли, сделанной астронавтами „Аполлона-17“ во время последнего полёта человека к Луне».
Помня о значимости этого снимка, Саган настоял на том, чтобы сделать снимок Земли с далекой окраины Солнечной системы. 14 февраля 1990 г. «Вояджер-1» развернулся и затем с рекордного расстояния (более 6 млрд. км), далеко за орбитой Плутона сделал снимок «Pale Blue Dot», который стал самым знаменитым изображением Земли из космоса.
По его поводу Саган говорил: «Наше позёрство, наша воображаемая значимость, иллюзия о нашем привилегированном статусе во вселенной ‑ все они пасуют перед этой точкой бледного света. Наша планета ‑ лишь одинокая пылинка в окружающей космической тьме. В этой грандиозной пустоте нет ни намёка на то, что кто-то придёт нам на помощь, дабы спасти нас от нас же самих».
И хотя по нынешним стомегапиксельным цифровым меркам две телекамеры «Вояджера» четкостью 800 строк, в которых используются видиконы с памятью, кажутся архаикой (думаю, далеко не все читатели вообще помнят, что такое видикон), хотя считывание одного их кадра требует 48 секунд, снимки зонды прислали захватывающие! И не беда, что снимать им давно нечего – вокруг чернота космоса, усеянная звездами, одна из которых лишь немногим ярче иных. Они продолжают нести свою долгую вахту.
Юрий Кирпичев