Мало кто знает, что «Вояджеры»
изначально не должны были так называться. Если бы всё шло, как задумано,
мы бы следили за полетами «Маринера-10» и «Маринера-11». Они
разрабатывались в рамках большой программы «Маринер», первые десять
аппаратов которой изучали Венеру, Марс и Меркурий. Началась эта
программа еще в 1962 году — с неудачи. 22 июля 1962 года «Маринер-1»
стартовал к Венере, но что-то пошло не так, ракета-носитель отклонилась
от курса, и ее пришлось взорвать. Были потеряны и «Маринер-3» с
«Маринером-8», летевшие на Марс. Позже два аппарата достигли Венеры,
четыре — Марса, один («Маринер-10») долетел до Меркурия и стал
единственным в XX веке зондом, сумевшим добраться до ближайшей к Солнцу
планеты. Постепенно из проекта «Маринер» стала вычленяться программа
«Большой тур». А всё из-за того, что начало космической эры совпало со
сравнительно редким явлением в Солнечной системе: все планеты-гиганты
оказались в достаточно узком секторе. Это позволяло посетить одним
аппаратом все четыре планеты сразу. Предыдущий раз такое случалось еще в
XVIII веке, так что в этом современной космонавтике повезло. Впрочем,
астрономам и разработчикам из NASA, готовившим «Большой тур», пришлось
достаточно быстро умерить свои аппетиты: лунная гонка съела очень много
денег, и бюджет урезали. Так что построили два аппарата, которые
гарантированно долетели бы до Юпитера и Сатурна. Для четырех планет
пришлось бы строить зонды больше и дороже. Впрочем, возможность слетать
к Урану и Нептуну разработчики всё равно держали в голове, по крайней
мере для одного аппарата. Наконец, в 1977 году «Вояджеры» были готовы к
старту.
Основная программа: Юпитер и Сатурн
Старт самой грандиозной космической экспедиции в истории
исследования Солнечной системы состоялся в конце августа — начале
сентября 1977 года. При этом первым стартовал второй аппарат — 20
августа тяжелая ракета-носитель «Титан IIIE» c разгонным блоком
«Центавр» отправила в далекий космос «Вояджер-2». А «Вояджер-1»
стартовал двумя неделями позже, 5 сентября. Он изначально летел только к
двум планетам — Юпитеру и Сатурну, поэтому направлялся по менее
экономичной, но более короткой трассе. Таким образом, Юпитер и
Сатурн первым исследовал «Вояджер-1». 5 марта 1979 года он максимально
приблизился к Юпитеру, в ноябре 1980 года пролетел рядом с его спутником
Титаном, у Сатурна круто изменил траекторию и начал подниматься вверх
над плоскостью Солнечной системы, получив дополнительное ускорение.
«Вояджер-2» повторил этот путь с некоторым опозданием: 9 июля 1979 года —
Юпитер, 26 августа 1981 года — Сатурн. Несмотря на то что
аппараты не первыми появились в окрестностях двух самых больших планет
Солнечной системы (прежде Юпитера и Сатурна достигли «Пионер-10» и
«Пионер-11»), их научный «улов» оказался очень весомым. Начнем с того,
что впервые удалось получить четкие снимки обеих планет и их спутников
(только по системе Юпитера сделано более 33 тыс. изображений, что
позволило изучить динамику юпитерианской атмосферы). «Вояджеры» открыли
вулканизм спутника Юпитера Ио и водяной лёд на Европе, указывающий на
наличие океана подо льдом. Кроме того, были открыты три новых спутника
Юпитера — Адрастея, Теба и Метида. Выяснилось, что Юпитер — в какой-то
мере несостоявшаяся звезда и отдает в пространство больше энергии, чем
получает от Солнца. Кроме того, удалось найти слабое кольцо у Юпитера.
О Сатурне тоже повезло узнать много нового. В первую очередь состав его
атмосферы и то, что шесть его колец состоят из множества узких колечек.
Кроме того, «Вояджеры» открыли восемь новых спутников, в том числе
удивительные спутники-пастухи, которые своей гравитацией формируют
некоторые кольца Сатурна. Выяснилось, что Титан чуть меньше, чем
ожидалось, зато покрыт плотной атмосферой.
Бонусы — Уран И Нептун
По итогам пролета Юпитера и Сатурна «Вояджером-1» в 1981 году было
принято решение лететь к Урану. «Вояджер-1» между тем уже поднимался над
эклиптикой, где нет планет. Чтобы избежать такого же со вторым
аппаратом, его траекторию подкорректировали, отказавшись от сближения с
Титаном. Впервые в истории человечества космический аппарат отправился к
внешним планетам Солнечной системы. Чтобы достичь Урана — уникальной
планеты, обращающейся вокруг Солнца почти «на боку», — «Вояджеру-2»
потребовалось менее пяти лет. 24 января 1986 года зонд пролетел мимо
Урана и передал на Землю массу изображений и научных данных. Три года
спустя, в августе 1989 года, состоялся визит к Нептуну — и снова
множество данных и фотографий, которых могло бы и не получиться.
Трудности дальней космической съемки
Попробуйте взять обычный фотоаппарат и выйти в пасмурный день или в
сумерки к железнодорожному переезду. Дождитесь поезда и попробуйте
сделать четкий снимок вагона. Получилось? Вряд ли. Слишком мало света и
слишком велика скорость. Чтобы снимок получился лучше, нужна длинная
выдержка, при этом изображение, разумеется, получится смазанным.
Значит, нужна съемка с проводкой (это когда вы ведете камеру синхронно
за движущимся объектом). А как вы в космосе установите штатив?
Еще во время пролета «Вояджером-2» Урана возникли проблемы с низкой
освещенностью самой планеты и ее спутников. «Это всё равно что в сумерки
фотографировать кусок угля на черном фоне», — ворчали инженеры. Кстати,
одним из тех, кто отвечал за фотосъемку планет и спутников, был
знаменитый астроном, энтузиаст поиска внеземных цивилизаций и фантаст
Карл Саган, бывший студент не менее знаменитого астронома Джерарда
Койпера, открывшего спутник Урана Миранду и спутник Нептуна Нереиду.
Теперь его ученику предстояло их сфотографировать. Уровень освещенности в
окрестностях Урана в 370 раз ниже, чем в окрестностях Земли. А вблизи
Нептуна в 900 раз темнее, чем на Луне и Земле. Итак, Саган и
команда оказались в сложной ситуации. Экспозиция, которая требовалась
для съемки Нептуна, составляла не менее 15 секунд. А для колец и темных
спутников — от 2 до 10 минут! При этом сам «Вояджер» не стоит на месте,
его скорость относительно Солнца — 16 км/с. Относительно Нептуна — и
того выше. При этом расстояния до объектов съемки невелики — всего 3900
км от северного полюса Нептуна и 39 000 км от его спутника Тритона.
Скорость, импульсы от двигателей ориентации, покачивающие аппарат, даже
включение записывающего магнитофона — всё смазывает картинку.
Но все эти трудности удалось преодолеть. Длительность импульсов
сократили вдвое, лентопротяжный механизм магнитофона (да, тогда еще не
было флешек!) включали только одновременно с двигателями. Дрейф
положения осей аппарата стал в 25 раз медленнее часовой стрелки. Чтобы
изображения не смазывались из-за скорости, камеры медленно
поворачивались вслед за объектом съемки.
Уникальные данные
Результаты краткого визита к Урану и Нептуну еще долго не удастся
превзойти. «Вояджер-2» был единственным земным аппаратом, побывавшим у
этих планет. И долго еще таким и останется: в реальных планах NASA,
Роскосмоса, Японского и Европейского космических агентств миссии к Урану
и Нептуну пока не значатся. Дорого и долго туда лететь! После
этого визита объем имеющихся научных данных о дальних планетах-гигантах
увеличился во много раз. «Вояджер» открыл 10 спутников Урана и 6
спутников Нептуна, сфотографировал кольца Урана и кольца Нептуна
(существование последних вообще было под вопросом), открыл атмосферу у
Тритона и действующие гейзеры или криовулканы на нем, получил множество
данных по атмосферам планет-гигантов (в том числе открыл Большое Темное
Пятно на Нептуне, подобное аналогичному антициклону на Юпитере).
Его прощальный поклон
Как мы помним, так назывался один из рассказов про Шерлока Холмса.
Но в какойто мере так можно озаглавить и последний снимок, а точнее —
последнее изображение, над которым аппарат «Вояджер-1» начал работу 14
февраля 1990 года. По инициативе Карла Сагана, который был все-таки не
только астрономом, но и романтиком, «Вояджер» развернул камеры в сторону
внутренней части Солнечной системы и сделал 39 снимков
200-миллиметровым объективом и 21 — 500-миллиметровым. Получилась
мозаика — причудливый росчерк взглядом от Нептуна до Юпитера. Меркурий
засветило Солнце, Марс тоже не получился из-за бликов, однако остальные
планеты и само Солнце — в кадре. Единственный в истории снимок всей
Солнечной системы со стороны, который получил название «Семейный
портрет». И один из кадров: тусклая голубая точка посреди коричневой
полосы — это наша Земля с расстояния около 6 млрд км, или сорока
расстояний от Земли до Солнца. Этот знаменитый снимок так и называется
поныне — «Бледно-голубая точка» (Pale Blue Dot). Сам Карл
Саган так говорил о нем: «Взгляните еще раз на эту точку. Это здесь. Это
наш дом. Это мы. Все, кого вы любите, все, кого вы знаете, все, о ком
вы когда-либо слышали, все когда-либо существовавшие люди прожили свои
жизни на ней. Множество наших наслаждений и страданий, тысячи
самоуверенных религий, идеологий и экономических доктрин, каждый охотник
и собиратель, каждый герой и трус, каждый созидатель и разрушитель
цивилизаций, каждый король и крестьянин, каждая влюбленная пара, каждая
мать и каждый отец, каждый способный ребенок, изобретатель и
путешественник, каждый преподаватель этики, каждый лживый политик,
каждая "суперзвезда”, каждый "величайший лидер”, каждый святой и грешник
в истории нашего вида жили здесь — на соринке, подвешенной в солнечном
луче».
Дальше только звезды
Так называлась статья о полете «Вояджеров» известного российского
планетолога Леонида Ксанфомалити, написанная еще в 1990 году. С тех пор
ничего не изменилось. Разве что тогда, в 1990 году, «Вояджеры» еще не
были самыми далекими рукотворными объектами — «Пионеры» были дальше.
Однако 17 февраля 1998 года «Вояджер-1» обогнал «Пионер-10» и стал самым
удаленным от Земли рукотворным объектом. Так и остается по сей день.
«Вояджер-1» на момент написания этой статьи находился в 123,5 а. е. от
Земли (больше 17 световых часов), «Вояджер-2» — чуть далее, чем в 101 а.
е. То, что некоторые приборы на аппаратах продолжают работу,
оживило достаточно умозрительную ранее дискуссию: что же считать
границей Солнечной системы и когда аппараты выйдут за ее пределы? Орбиты
всех крупных планет давно уже позади, и как определить, «мы еще тут или
уже там»? Существует несколько границ, которые нужно пересечь
аппарату. Первая — так называемая пограничная ударная волна, или
termination shock. Это граница гелиосферы, на которой солнечный ветер
из-за столкновения с межзвездной средой резко тормозится до звуковых
скоростей. Оба аппарата преодолели эту границу: «первый» — в 2004-м,
«второй» — в 2007 году. Дальше аппаратам предстоит пройти гелиопаузу —
место, где солнечный ветер окончательно тормозится и перемешивается с
межзвездной средой. Впрочем, в декабре 2012 года «Вояджер-1»
вышел в область, которую вообще не предсказывали, там направление и
энергия частиц, регистрируемых аппаратом, вообще ни на что не похожи.
Пока эту зону окрестили «магнитным хайвеем», а теоретики начали строить
новые модели. Так что пока аппарат еще не вышел в межзвездное
пространство. Что же касается границ Солнечной системы... Открытая в
2003 году транснептуновая планета Седна в самой дальней точке своей
орбиты удаляется от Солнца на 960 а. е. «Вояджерам» туда еще лететь и
лететь.
Паевский Алексей
|