Глава 46 Тур по Солнечной системе

Глава 46

Тур по Солнечной системе

Рассказывая об американской космонавтике, я почти ничего не говорил о запусках межпланетных станций. Разве что «лунникам» уделил должное внимание. А вот полеты к другим планетам остались в тени. В следующих двух главах хочу немного восполнить этот пробел.

Сначала о запущенных в 1970-х годах межпланетных зондах «Пионер-10», «Пионер-11», «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Эти аппараты «прошлись» по Солнечной системе и сегодня находятся на самых отдаленных ее окраинах. А с борта «Вояджеров» к тому же продолжает приходить еще и кое-какая информация, поэтому есть смысл рассказать об этой «большой четверке» и об их туре по Солнечной системе.

Межпланетная станция «Пионер-10» стала первым рукотворным объектом, которому предстояло пересечь пояс астероидов. Ее запуск состоялся 3 марта 1972 года. В качестве основной задачи для станции ставилось изучение магнитного поля Юпитера и его радиационных поясов, исследование теплового баланса и распределения температуры во внешней атмосфере гигантской планеты, получение изображений планеты и некоторых ее спутников в видимом свете, уточнение эфемерид и массы планеты. Кроме того, на траектории полета к Юпитеру и после пролета около планеты предусматривалось исследование солнечного ветра, межпланетного магнитного поля, космических лучей, а также метеорного вещества, в первую очередь в поясе астероидов между орбитами Марса и Юпитера. На опыте «Пионера-10» предполагалось определить степень опасности пояса астероидов и радиационных поясов Юпитера для космических объектов, а также отработать некоторые технические аспекты полетов к внешним планетам.

Вес станции составил 260 килограммов, в том числе 30 килограммов научных приборов. На «Пионере-10» были установлены магнитометр, анализатор плазмы, детектор заряженных частиц, комплект счетчиков Гейгера – Мюллера, детектор космического излучения, радиационный детектор, ультрафиолетовый фотометр, фотополяриметр для получения изображений Юпитера и его спутников, инфракрасный радиометр, комплект телескопов для наблюдения метеорного вещества и комплект детекторов метеорных частиц.

16 июля 1972 года станция первой из земных аппаратов вошла в пояс астероидов. Специалисты на Земле застыли в тревожном ожидании, не зная, какие сюрпризы могут подстерегать станцию в этой неисследованной и таящей массу загадок области Солнечной системы. Но тревоги оказались напрасными. Плотность наиболее опасных для станции мелких метеорных частиц (поперечник 0,01-0,1 миллиметров) в поясе астероидов оказалась меньше, чем ожидалось. Исследования на межпланетной траектории показали, что концентрация метеорных частиц размером около 1 микрона уменьшается по мере удаления от Солнца и на расстоянии 3,5 астрономической единицы, то есть у внешней границы пояса астероидов падает почти до нуля. Вопреки ожиданиям, в поясе астероидов не возросла концентрация частиц размером около 10 микрон, представляющих наибольшую опасность для космических аппаратов. Частиц размером 100-1000 микрон в поясе астероидов почти в три раза больше, чем между орбитой Земли и этим поясом. Частицы размером более 1000 микрон бортовой комплекс вообще не обнаружил.

Станция не получила никаких повреждений и 15 февраля 1973 года благополучно покинула пояс астероидов, тем самым открыв путь для всех последующих межпланетных кораблей и станций.

Кроме исследования метеорного вещества, то есть вполне материальной опасности для станции, проводились исследования Солнца. Было выявлено, что напряженность солнечного магнитного поля, плотность солнечного ветра и число частиц высокой энергии солнечного происхождения уменьшаются примерно пропорционально квадрату расстояния от Солнца. В космических лучах впервые были обнаружены атомы алюминия и натрия, а в межпланетной среде были зарегистрированы атомы гелия, которые, вполне возможно, принадлежат межзвездному газу. Все последующие полеты в сторону от Солнца лишь подтвердили первоначальные выводы, сделанные на основе данных с «Пионера-10».

Станция достигла окрестностей Юпитера в конце 1973 года и 4 декабря пролетела на минимальном расстоянии в 131 тысячу километров от поверхности планеты. Траектория была выбрана таким образом, что станция прошла над восточным лимбом Юпитера и облетела планету против часовой стрелки (если смотреть со стороны северного полюса эклиптики), то есть по ходу вращения планеты. Наклонение облетной траектории к юпитерианскому экватору составляло 14 градусов. Под влиянием поля тяготения планеты станция стала двигаться по касательной к орбите Юпитера.

С помощью научного оборудования «Пионера-10» были получены чрезвычайно любопытные данные, которые сейчас уже позабылись, но в то время вызвали живой интерес не только среди специалистов, но и среди далеких от науки, но живо интересующихся освоением космоса, людей. Так, магнитометр станции показал, что ось магнитного поля Юпитера наклонена на 15 градусов к оси вращения планеты, а источник магнитного поля несимметричен относительно центра планеты и несколько смещен к северу от экваториальной плоскости.

Наиболее важным открытием стало обнаружение сильной концентрации захваченной радиации вокруг плоскости магнитного экватора Юпитера. Очевидно вследствие наклона магнитной оси к оси вращения планеты экваториальный пик интенсивности проходил через АМС примерно синхронно с периодом вращения планеты вокруг оси (10 часов). Детекторы радиации показали, что в зоне протяженностью 35 радиусов от центра Юпитера поля и частицы вращаются с той же скоростью, что и планета.

Небесно-механические исследования, проведенные по траектории движения «Пионера-10», позволили уточнить данные о плотности галилеевых спутников Юпитера. Была выявлена интересная особенность: чем дальше спутник отстоит от поверхности планеты, тем меньше его плотность.

Детекторы метеорных частиц выявили и тот факт, что их плотность у Юпитера в 300 раз выше, чем в межпланетном пространстве: на трассе полета частицы регистрировались с периодичностью в 600 часов, а в окрестностях Юпитера – каждые 2 часа.

Миновав Юпитер, «Пионер-10» продолжил свой полет и в середине марта 1976 года, находясь между орбитами Сатурна и Урана на расстоянии 690 миллионов километров от Юпитера, пересек шлейф магнитосферы этой планеты. Это было поразительное открытие. Никто не мог предположить, что шлейф Юпитера распространяется на такое далекое расстояние.

Дальнейший полет станции, маршрут которой проходил вдали от планет, не предвещал ничего необычного, но оказалось, что она способна преподнести еще немало сюрпризов.

Во-первых, оказалось, что гелиопауза, которую рассматривают как своеобразную границу Солнечной системы, удалена от Солнца на гораздо большее расстояние, чем считалось ранее. Даже в 1999 году «Pioneer-10» не достиг гелиопаузы, хотя первоначально это прогнозировалось на конец 80-х – начало 90-х годов. Даже сегодня мы не можем с уверенностью утверждать, что станции уже удалось это сделать.

Во-вторых, был выявлен интересный эффект, который ставит под сомнение справедливость законов Ньютона, казавшихся незыблемыми и вечными. Как показали данные измерений, уменьшение скорости станции во времени происходило несколько быстрее, чем это должно было происходить по ньютоновской механике. И хотя эта величина довольно мала, но для законов небесной механики является существенной погрешностью. Аналогичные данные были получены и при анализе движения других станций, удаляющихся от Солнца. Пока нет приемлемой теории, способной объяснить этот эффект, и я не хочу приводить все гипотезы, которые были выдвинуты и аргументированы. Надеюсь, что уже в ближайшем будущем этот вопрос найдет свой ответ.

Наблюдая за «Пионером-10», специалисты надеялись найти объяснения возмущениям орбиты, которые испытывают трансурановые планеты. До того момента, как станция оказалась на «задворках» Солнечной системы, предполагалось, что источником таких возмущений могли быть либо коричневый карлик, либо «черная дыра», либо Х-планета. Анализ информации, полученной от «Пионера-10», а позднее и от «Пионера-11», позволил исключить гипотезы о коричневом карлике и «черной дыре». Гипотеза о Х-планете прямо не подтвердилась, однако в ее пользу, как объявили специалисты НАСА, были собраны «косвенные, но существенные» свидетельства.

До 17 февраля 1998 года станция оставалась самым удаленным от Солнца рукотворным объектом, пока ее не обогнал «Вояджер-1». «Пионер-10» продолжает движение в общем направлении звезды Альдебаран в созвездии Тельца. Согласно расчетам, примерно через 33 тысячи лет он пройдет в районе звезды РОСС-348, находящейся на расстоянии 3,3 светового года от Солнца.

«Пионер-11» стартовал 6 апреля 1973 года. Основные задачи для него были те же, что и для «Пионера-10». Также как и состав оборудования, установленного на борту.

Ударную волну около Юпитера станция пересекла 26 ноября 1974 года на расстоянии 7,7 миллиона километров от планеты. На следующий день «Пионер-11» пересек магнитопаузу. Чуть позже станция вновь оказалась с внешней стороны ударной волны, что объясняется прижатием магнитосферы к планете под давлением солнечного ветра. Всего «Пионер-11» пересекал ударную волну и магнитопаузу три раза. Подход к планете был осуществлен над высокими широтами южного полушария. Гравитационное поле Юпитера искривило траекторию полета и, обогнув планету, станция прошла над ее Северным полушарием. Это позволило произвести обзор Юпитера почти на всех долготах с захватом как экваториальной, так и полярной областей.

3 декабря 1974 года станция совершила пролет мимо Юпитера, пройдя на минимальном расстоянии в 42 700 км от облачного слоя планеты. Несмотря на то, что «Пионер-11» подошел ближе к Юпитеру, чем «Пионер-10», общая доза поглощенной радиации была меньше благодаря значительно более высокому наклонению пролетной траектории к плоскости магнитного экватора Юпитера и более высокой скорости, что сократило время пребывания станции в зоне наиболее интенсивной радиации. Радиационные повреждения носили кратковременный характер и в очень несущественной степени отразились на объеме полученной научной информации.

На Землю были переданы 25 снимков Юпитера и по одному снимку спутников Ио, Ганимеда и Каллисто. В частности, удалось получить более детальные, чем от «Пионера-10», изображения «Красного пятна», где четко видны «рога» на восточном и западном краях, а также признаки движения среды внутри пятна.

В целом исследования «Пионер-11» подтвердили, что Юпитер – планета, состоящая главным образом из водорода и излучающая больше тепловой энергии, чем получает от Солнца. Планета окружена магнитным полем сложной структуры и очень мощными поясами захваченных заряженных частиц. И магнитное поле, и радиационные пояса имеют резко выраженные внешнюю и внутреннюю области. Внешняя область магнитного поля может распространяться на 16 миллионов километров и сжимается до 4 миллионов километров под действием давления солнечного ветра. Внутренняя область наклонена к оси вращения Юпитера и смещена относительно центра планеты. Это можно объяснить, если принять гипотезу о том, что в недрах планеты имеется не один, а несколько генераторов магнитного поля. Атмосфера содержит все химические вещества (водород, вода, аммиак, метан), необходимые для эволюции простых форм жизни.

Более детальное изучение Юпитера и его спутников спустя два десятилетия успешно проводил американский межпланетный зонд «Галилео». Но он, в основном, лишь уточнил данные о магнитном поле и составе атмосферы планеты, которые были получены станциями «Пионер-10» и «Пионер-11».

Под влиянием поля тяготения Юпитера станция перешла на трассу полета к Сатурну и 1 сентября 1979 года совершила пролет около него, проведя исследования околопланетного пространства, планеты, колец Сатурна и некоторых его спутников. Минимальное расстояние от верхнего края облачного покрова при этом составило 20 200 километров. Исследования с помощью «Пионер-11» показали, что Сатурн имеет магнитосферу, магнитное поле и радиационные пояса.

Станция зарегистрировала наблюдаемые с Земли кольца Сатурна А, В и С, но не подтвердила существование предполагавшихся некоторыми учеными колец D и Е. Были открыты два новых кольца, получивших обозначения F и G. Кольцо F лежит на расстоянии около 80 тысяч километров от Сатурна и имеет ширину менее 500 километров при толщине всего 3 километра. От кольца А оно отделено щелью шириной около 3000 километров, которую назвали «Щель “Пионера”». Кольцо G находится на значительно большем удалении от Сатурна, внешний край кольца, возможно, на расстоянии 965 тысяч километров.

Станция зарегистрировала наблюдаемую с Земли «щель Кассини» между кольцами А и В и подтвердила существование предполагавшейся французскими учеными щели между кольцами В и С. Эта щель получила название «Французская щель». По полосам отраженного света определено, что количество вещества в «щели Кассини» между кольцами А и В примерно равно количеству вещества в кольце С. Предполагают, что частицы в кольцах состоят в основном изо льда, а не из тяжелых материалов, таких, как например, железо. Информацию о кольцах, которую смог собрать «Пионер-11», можно рассматривать только как предварительную. Более детально смогли исследовать кольца Сатурна станции «Вояджер-1» и «Вояджер-2», миновавшие планету в начале 1980-х. Рассказ об этих наблюдениях чуть позже в этой же главе.

Были получены 15–20 снимков Сатурна, которые показали, что верхняя часть облачного покрова Сатурна более спокойная, чем у Юпитера, и имеет меньше четко выраженных деталей. Число поясов и зон в атмосфере Сатурна больше, чем в атмосфере Юпитера, но они более узкие. Температура экваториальной зоны Сатурна ниже, чем прилегающих к ней районов, где, по-видимому, облака расположены выше. Эти данные позволяют предположить перепады температур и высот между зонами и поясами.

Из других интересных результатов, которые удалось получить «Пионеру-11», надо отметить обнаружение вокруг Титана на близком расстоянии от него водородного облака. На основании этого делается вывод, что, возможно, метановая атмосфера спутника медленно утекает в космос, а аэрозоли на основе углерода выпадают на поверхность Титана.

«Пионер-11» смог обнаружить несколько новых спутников Сатурна, но получить точные данные о них не удалось. Спустя несколько лет факт их существования подтвердил «Вояджер-1».

Под действием силы тяготения Сатурна «Пионер-11» изменил направление полета и стал почти по прямой удаляться от Солнца.

Запуск «Вояджера-1» состоялся 5 сентября 1977 года. В рамках программы «Вояджер» по времени это был второй старт, но станция получила первый порядковый номер, так как шла по более быстрой траектории и должна была обогнать станцию, запущенную первой. Это и произошло 15 декабря 1977 года, когда оба зонда находились на удалении от Земли в 125 миллионов километров.

С помощью «Вояджера-1» предполагалось исследовать: общий состав атмосфер Юпитера и Сатурна, концентрацию водорода и гелия в этих атмосферах; турбулентность атмосфер Юпитера и Сатурна; «Большое красное пятно» Юпитера; кольца Сатурна; гравитационные поля Юпитера и Сатурна, массы спутников этих планет; магнитное поле Юпитера; магнитные поля Сатурна и Титана, и многое другое.

На «Вояджер-1» (как и на «Вояджер-2») была установлена медная граммофонная пластинка в комплекте с вращающимся диском, звукоснимателем и наглядной инструкцией по проигрыванию. На пластинке записаны «звуки Земли», которые должны дать представление о нашей планете представителям внеземной цивилизации, если к ним попадут станции. Продолжительность звучания пластинки 110 минут. На ней записаны обращения тогдашних Генерального секретаря ООН Курта Вальдхайма и Президента США Джимми Картера, приветствия на 60 языках, включая, мертвые, азбука Морзе, музыкальные отрывки, крик ребенка, звуки прибоя, дождя, извержения вулкана и так далее. Пластинка несет также видеозапись 115 изображений.

5 марта 1979 года «Вояджер-1» совершил пролет около Юпитера и провел исследования околопланетного пространства, планеты и некоторых ее спутников. Минимальное расстояние до Юпитера составило 280 тысяч километров. Станция прошла почти над самым экватором Юпитера, несколько южнее его. «Войяджер-1» сначала совершил пролет около Юпитера, а затем около его галилеевых спутников, причем снимал их видимые с Юпитера полушария.

При исследовании атмосферы Юпитера особое внимание уделялось «Красному пятну» и другим пятнам в атмосфере. При пролете «Войяджера-1» около Юпитера протяженность «Красного пятна» с востока на запад составляла 21 тысячу километров (в свое время, по данным наземных наблюдений, эта величина достигала 32 тысяч километров), а с севера на юг – 11 тысяч километров. Положение пятна по широте практически не изменялось, но по долготе оно смещается.

Телевизионная камера «Войяджера-1» зарегистрировала молнии на ночной стороне Юпитера, а также полярные сияния.

Были открыты кольца Юпитера. Правда, возможности аппаратуры станции позволили говорить только об одном открытом кольце. Его толщина была оценена менее 30 километров, ширина 6500–8700 километров, внешний край – на расстоянии около 57 тысяч километров от видимой верхней границы облачного покрова Юпитера, то есть внутри орбиты Амальтеи, ближайшего к планете из наблюдаемых спутников Юпитера. Исследования, проведенные спустя много лет с помощью аппарата «Галилео», смогли выявить многие подробности этого открытия.

С помощью телевизионных камер удалось получить первый снимок Амальтеи (на снимках с Земли этот спутник виден как святящаяся точка). Снимок, сделанный с расстояния 410 тысяч километров показал, что спутник имеет красноватый цвет и форму эллипсоида: большая ось 200–220 километров, малая – 130 километров. К Юпитеру спутник обращен большой осью.

Наверное, самым поразительным открытием, которое сделал «Вояджер-1», следует считать открытие действующих вулканов на поверхности Ио. Ио стала вторым небесным телом (помимо Земли), где можно было наблюдать это явление. Были обнаружены восемь действующих вулканов. В настоящее время число обнаруженных вулканов уже перевалило за сотню.

При пролете около Сатурна «Вояджер-1» обнаружил явления, которые, по-видимому, представляют собой интенсивные всплески радиоизлучения в районе планеты. Всплески происходили во всем регистрируемом частотном диапазоне и, возможно, исходят от колец планеты. Согласно другим предположениям, всплески могли быть порождены молниями в атмосфере планеты.

Помимо девяти известных спутников Сатурна, у этой планеты было обнаружено несколько новых спутников. «Вояджер-1» подтвердил существование спутников Янус, Эпиметея, Телесто, Елена, Калипсо (свои названия спутники получили спустя много лет, а после открытия им просто присваивали номера, например, 1980 S10) и открыла пятнадцатый спутник – Атлас.

Несколько по иной траектории двигался «Вояджер-2». Станция миновала Юпитер 9 июля 1979 года, пройдя на минимальном расстоянии в 648 тысяч километров от его поверхности. Программа научных исследований была скорректирована таким образом, чтобы можно было получить большее число снимков колец Юпитера и вулканов на Ио. На снимке, полученном за день до «свидания», был обнаружен неизвестный ранее четырнадцатый спутник Юпитера, впоследствии получивший собственное наименование Адрастея. Спутник на снимке был виден как штрих, оставленный звездой 8.3 величины. Позже, в результате анализа снимков, был обнаружен и пятнадцатый спутник Юпитера – Теба.

Совершив гравитационный маневр в поле тяготения Юпитера, «Вояджер-2» перешел на траекторию полета к Сатурну, которого достиг 26 августа 1981 года.

Фотометрические наблюдения звезды Дельта Скорпиона, заслоненной кольцами Сатурна, показали, что узкие кольца, обнаруженные «Вояджер-1», разделяются на еще более узкие дискретные элементы. Их число составляет, возможно, несколько сот тысяч. «Вояджер-2» также провел изучение спутников Сатурна и обнаружил еще один, восемнадцатый, – Пан.

Под воздействием притяжения Сатурна станция совершила разворот почти на 90 градусов и перешла на траекторию полета к Урану.

При сближении с планетой в период с 4 ноября 1985 года по 10 января 1986 года станция вела обзорные наблюдения Урана с использованием телевизионных камер, которые регистрировали образования в атмосфере планеты и движение ее спутников. Траектория полета была почти перпендикулярной плоскости, в которой лежат орбиты спутников планеты, поэтому станция могла пройти на близком расстоянии только от одного из них. Выбрали Миранду, ближайший к планете и самый маленький из пяти наблюдаемых с Земли спутников Урана. 24 января «Вояджер-2» прошел на расстоянии 29 тысяч километров от поверхности Миранды. Всего было получено около 6 тысяч снимков Урана, его спутников и колец.

Помимо пяти спутников Урана, наблюдаемых с Земли, «Вояджер-2» обнаружил еще десять. Первый из них, Пак, был открыт в 1985 году, остальные девять (Портия, Джулия, Кресси-да, Розалинда, Белинда, Дездемона, Корделия, Офелия и Бианка) – в 1986 году. Орбиты всех новых спутников, за исключением Корделии и Офелии, лежат между орбитой Миранды и внешним кольцом Эпсилон, а орбиты последних двух спутников – примерно в 2 тысячах километрах от кольца Эпсилон по обе его стороны.

Изменив направление своего движения в поле тяготения Урана, «Вояджер-2» направился в сторону Нептуна. В 1989 году, подлетая к планете, он открыл несколько новых спутников (Наяда, Таласса, Деспина, Галатея, Лариса и Протей). Их орбиты – круговые, экваториальные, направление движения совпадают с направлением вращения Нептуна. Новые спутники Нептуна – небольшие темные глыбы, поверхности которых подвергнуты ударам метеоритов.

У Нептуна также были открыты 4 кольца. Первоначально были обнаружены «незамкнутые дуги», но более полный анализ показал, что они являются яркими частями полных колец.

25 августа 1989 года аппарат прошел на расстоянии 4,8 тысячи километров от верхней границы облачного покрова планеты, а через 4 часа – на расстоянии 39 тысяч километров от Тритона. Дальнейший полет «Вояджера-2» проходил по пустынным районам Солнечной системы. Может быть, когда-нибудь аппарат долетит до одной из звезд. Если, конечно, не станет «добычей» межзвездных катаклизмов или инопланетян.

Данный текст является ознакомительным фрагментом.