20 августа 1977 года c Земли запустили исследовательский зонд «Вояджер-2». Так началась самая длительная космическая миссия, которая продолжается до сих пор. «Хайтек» рассказывает про первых странников, вышедших в межзвездное пространство, изучение далеких планет и гелиосферы.
Несмотря на название, «Вояджер-2» был первым из двух зондов, отправленных НАСА для исследования внешних планет Солнечной системы. Он стартовал на борту ракеты Титан III (Тита-Центавр) с космодрома на мысе Канаверал 20 августа 1977 года. Через 17 дней, 5 сентября, вслед за ним отправился «Вояджер-1».
Уникальная космическая миссия состоялась благодаря редкому сближению планет, которое происходит раз в 176 лет. В конце 70-х годов движение Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна вокруг Солнца совпали так, что космический зонд «Вояджер-2» смог осмотреть все эти планеты. У «Вояджера-1» была другая задача — он сосредоточился на Юпитере и Сатурне, подробнее изучив спутники планет.
В начале XXI века космические зонды «Вояджер» стали первыми и пока единственными искусственными объектами, которые преодолели гелиопаузу и вышли в межзвездное пространство.
«Капсула времени»
Если сравнить корабли миссии «Вояджер» с современными устройствами, которые есть у каждого дома, они покажутся раритетом из музея истории. Тем удивительнее, что они до сих пор работают.
«Вояджер-1» и «Вояджер-2» — как капсула времени, сохранившая свою эпоху, считают в НАСА. Каждый корабль оснащен восьмидорожечным магнитофоном для записи данных. При этом у них примерно в 3 млн раз меньше памяти, чем у смартфона, а данные корабли отправляют в 38 тыс. раз медленнее, чем телефон, подключенный к 5G.
Каждый «Вояджер» питается от радиоизотопного термоэлектрического генератора, содержащего плутоний. При распаде радиоактивного элемента выделяется тепло, которое преобразуется в электричество. По мере распада плутония тепловыделение уменьшается, и «Вояджеры» теряют электричество.
Чтобы увеличить продолжительность миссии, в НАСА отключили все второстепенные системы. В их числе — нагреватели, которые защищали инструменты корабля от воздействия низких температур космоса. Удивительно, что все пять приборов, у которых в 2019 году отключили обогрев, до сих пор работают, хотя при их проектировании и испытании для них заложили гораздо более комфортные условия.
Совместный полет
«Вояджер-2» достиг Юпитера в 1979 году, через два года после запуска с мыса Канаверал. За четыре месяца до него планету посетил «Вояджер-1»: он двигался по более короткой траектории и обогнал своего «близнеца». Двойное наблюдение позволило сравнить облик планеты с разницей в несколько месяцев. Так ученые впервые зафиксировали изменения в Большом красном пятне.
Доказывая, что вокруг внешних планет много спутников, «Вояджер-2» случайно сфотографировал Адрастею, маленькую луну Юпитера. Она исключительно мала, всего около 30,5 км в диаметре, и ее до этого с Земли не видели. А за несколько месяцев до этого «Вояджер-1» нашел два других спутника Юпитера: Фиву и Метиду.
Следующим на очереди был Сатурн. Первым этой планеты тоже достиг «Вояджер-1» в ноябре 1980 года, он максимально сблизился с планетой 12 ноября. А 26 августа 1981 года его маневр повторил «Вояджер-2». Благодаря близкому расстоянию космические корабли сделали первые детальные снимки планеты.
Разница в сроках миссии позволила ученым уточнить задачу для второго из «братьев». Они предположили, что Сатурн может быть окружен множеством колечек и провели эксперимент. С помощью камеры космического аппарата исследователи почти два с половиной часа наблюдали за звездой Дельта Скорпиона, когда она проходила через плоскость колец. Как и ожидалось, мерцающий свет звезды выявил колечки диаметром до 100 м.
После посещения Сатурна пути «Вояджеров» разделились: первый совершил маневр вокруг спутника Титан и, выйдя из плоскости эклиптики, отправился прочь от Солнца, а второй отправился к следующим планетам нашей системы. Он стал первым и пока единственным в XX веке космическим кораблем, приближавшимся к Урану и Нептуну.
Первый на дальних планетах
«Вояджер-2» максимально приблизился к Урану 24 января 1986 года. Зонд сделал несколько снимков планеты, а датчики собрали сведения о ее свойствах. Например, он открыл, что южный полюс обращен к Солнцу и что атмосфера планеты состоит примерно на 85% из водорода и на 15% из гелия.
Еще «Вояджер-2» нашел кольца вокруг Урана, 10 новых спутников и магнитное поле, которое, как ни странно, на 55° отклонялось от оси планеты. Необычное положение Урана остается загадкой, которую пока так и не раскрыли планетологи.
Следующей точкой был Нептун. Максимальное сближение космического корабля с планетой произошло 25 августа 1989 года, почти через 12 лет после начала путешествия. Благодаря многократному компьютеризированному испытательному моделированию траектории, инженеры, управляющие миссией, определили оптимальный способ прохождения спутника через систему Нептун — Тритон.
Плоскость орбиты Тритона (спутника Нептуна) сильно наклонена по отношению к плоскости эклиптики, поэтому космический корабль направили на путь примерно в 4 950 км над северным полюсом Нептуна. А через пять часов он сблизился со спутником, пройдя на расстоянии 40 тыс. км от него.
Так «Вояджер-2» прислал самые детальные спутники планеты и Тритона и открыл неизвестные ранее кольца Нептуна и шесть новых спутников. Завершив маневр, корабль отправился прочь от Солнца в сторону межзвездного пространства.
Межзвездные странники
Пока «Вояджер-2» совершал облеты, «Вояджер-1» направился к границе гелиосферы. Это область пространства, окружающая нашу звезду, в которой плазма солнечного ветра движется относительно Солнца со сверхзвуковой скоростью.
Космический корабль покинул зону солнечного ветра в начале 2012 года и обнаружил, что гелиосфера блокирует 70% космических лучей или энергичных частиц от взрывающихся звезд.
Еще до выхода в межзвездное пространство 1 декабря 2011 года объявили, что «Вояджер-1» обнаружил излучение Лайман-альфа, исходящее из галактики Млечный Путь. Это излучение в ультрафиолетовом спектре, которое создают возбужденные атомы водорода. Такое же излучение раньше находили от других галактик, но из-за помех Солнца излучение Млечного Пути нельзя было найти.
«Вояджер-2», завершив планетарные исследования, продолжил движение к границе гелиосферы и покинул ее в 2018 году. Корабли движутся в разных направлениях, поэтому точки, в которых они пересекли границу гелиосферы, отличаются. С помощью собранных данных исследователи уточнили ее форму.
За 45 лет «Вояджеры» проделали огромный путь. Сейчас первый из них находится на расстоянии 23,49 млрд км от Земли, а второй — 19,50 млрд км. Эти устройства устарели, но оба космических аппарата все еще исследуют межзвездное пространство, наблюдая за неизведанными территориями.
Исследователи — некоторые из них моложе этих космических аппаратов — объединяют наблюдения «Вояджера» с данными новых миссий. Они хотят получить точную картину пространства, окружающего Солнце, и узнать, как гелиосфера взаимодействует с межзвездным излучением.
Читать далее:
Рекордный корональный выброс массы на Бетельгейзе в 400 млрд раз больше солнечного