Астрономия

Полет длиною в жизнь: сорок лет пути за пределы Солнечной системы

40 лет назад с Земли стартовал Voyager 2

NASA/JPL

Об идее «большого тура» по четырем планетам Солнечной системы, об использованной возможности, которая выпадает раз в 176 лет, о том, как величайший успех в космической программе NASA едва не погубила лунная гонка, рассказывает наш сегодняшний выпуск рубрики «История науки».

История самого большого космического путешествия в истории человечества началась в 1965 году: те, кто занимался небесной механикой, смогли рассчитать — во второй половине 1970-х годов случится событие, которое происходит раз в 176 лет. Его так и назвали «A Once-in-a-Lifeteime-Alighnment». Что это означало? Раз в 176 лет все планеты-гиганты выстраиваются в одном секторе Солнечной системы так, что можно их облететь одним космическим аппаратом. Эта задача и сейчас кажется фантастической, а уж в 1960-е… Впрочем, как показал опыт лунной программы, именно тогда, в период юности космонавтики, и было под силу реализовывать самые дерзкие проекты. Тем более, что уже началась программа Mariner, в которую и «вписались» энтузиасты «Большого Путешествия» — такое условное название получила программа.

Началась история «Моряков» еще в 1962 году. Как водится в космонавтике — с неудачи. 22 июля 1962 года Mariner 1 стартовал к Венере, но что-то пошло не так, ракета-носитель отклонилась от курса, и ее пришлось взорвать. Были потеряны и аппараты за номерами три и восемь, летевшие к Марсу. В итоге, два зонда достигли Венеры, четыре — Марса, один (Mariner 10) долетел до Меркурия и стал единственным в XX веке зондом, сумевшим добраться до ближайшей к Солнцу планеты.

Принципиальная схема аппарата

NASA/JPL

Впрочем, именно лунная гонка едва не погубила дерзкий замысел. Когда идеологи изучения планет-гигантов обратились к руководству за финансированием на постройку двух тяжелых зондов, которые гарантированно облетят четыре планеты, то услышали в ответ: «Денег нет». Впрочем, они держались – и сумели «выбить» бюджет на средние аппараты, которые долетят минимум до Юпитера и Сатурна. Разработка началась в 1972 году, а в 1973 году прошла первая научная конференция по поводу конструирования аппаратов, их приборов и формирования научной программы миссии.

Изготовление антенны дальней космической связи

NASA/JPL

Постепенно вырисовывался план: делаем два аппарата, Voyager 1 и 2, «первый» в любом случае летит только к Юпитеру и Сатурну, затем «уходит» вверх над плоскостью Солнечной системы. Поэтому его можно отправить по более быстрой и менее экономичной траектории. «Второй» попытается облететь все четыре, но окончательное решение будет приниматься тогда, когда он достигнет Сатурна.

Внешний вид прикрепленной золотой пластинки

NASA/JPL

Аппараты начали строить, постепенно собиралась и научная команда. Вошел в нее и, пожалуй, самый романтичный в истории планетологии исследователь – Карл Саган. Именно он был идеологом отправки послания к внеземным цивилизациям, которое было размещено на аппаратах Pioneer, он и настоял на том, что более расширенная версия была размещена на золотых дисках на борту каждого из «Путешественников».

Создание записей

NASA/JPL

В 2015 году NASA выложило изображения и звуки, записанные на дисках, у себя на сайте. Любопытно, что их до сих пор нельзя воспроизводить без разрешения правообладателя: только посмотреть на сайте NASA. Звуки природы, послание президента Картера, формула ДНК, основные законы физики, дрейф континентов, структура Солнечной системы, фотографии планет… «Земная цивилизация в ореховой скорлупке» – так можно назвать это послание.

Внешний вид послания на аппарате

NASA/JPL

И вот настал день 20 августа 1977 года. Ровно 40 лет назад ракета-носитель Titan IIIE отправила с космодрома на мысе Канаверал зонд Voyager 2. Да, из-за того, что «первый» был быстрее, «второй» стартовал раньше.

Через два года аппарат долетел до первой планеты-гиганта нашей Солнечной системы. Конечно, обычно, когда говорят о вкладе в изучение Юпитера и Сатурна, рассматривают оба аппарата сразу. Однако отличия в научных программах и в траекториях были. Хотя бы потому, что аппараты посещали планеты с разницей в несколько месяцев, а за это время конфигурация спутников вокруг этих планет менялась.

Большое Красное Пятно Юпитера

NASA/JPL

Максимальное сближение с Юпитером состоялось 9 июля 1979 года (первый аппарат пролетел в этих краях еще в марте). Главными целями Voyager 2 стали Европа и Ганимед, которые не попали в поле зрения Voyager 1 с близкого расстояния.

Кольца Юпитера

NASA/JPL

Удалось подтвердить наличие водного океана под поверхностью Европы и заподозрить таковой у Ганимеда, крупнейшего спутника Солнечной системы (по своим размерам Ганимед больше Меркурия). Кроме этого, в объективы попал еще один «галилеев» спутник, Каллисто, сам Юпитер (и Большое Красное Пятно в хорошем разрешении), удалось сделать «видео» странных событий в атмосфере гигантской планеты, и сфотографировать ее кольца.

Поверхность Европы

NASA/JPL

Через два года, 25 августа 1981 года, настал черед Сатурна. Подробнее всего удалось заснять Тефию и Энцелад, но также фотографий удостоились Пандора, Янус, Гиперион, Япет, Прометей, Феба.

Кратеры Алладин и Али-Баба на Энцеладе

NASA/JPL

А вот от сближения с Титаном пришлось отказаться: по итогам полета Voyager 1 было решено отправить-таки второй зонд к Урану и Нептуну. Поэтому дальше было неведомое. То, что увидел «второй» в 1980-х годах, больше не видел ни один космический аппарат – и вряд ли увидит в ближайшие десятилетия.

Тефия

NASA/JPL

И уже во время съемок Урана, пролет которого состоялся 24 января 1986 года, команда Карла Сагана столкнулась с серьезной проблемой.

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? Тем более, что взаимная скорость аппарата и планеты составляет намного больше десятка километров в секунду!

Уран, его кольца и десятый открытый спутник

NASA/JPL

Тем не менее, сделать хорошие снимки системы Урана и Нептуна для Карла Сагана было делом чести. Дело в том, что Саган когда-то был студентом астронома Джерарда Койпера, который открыл спутник Урана, Миранду и спутник Нептуна Нереиду. Ну как было подвести своего учителя? Ну и плюс к этому, основные научные данные получались все-таки с фотографий.

Поверхность Миранды

NASA/JPL

Инженеры придумывали решения на ходу. Отключали корректирующие двигатели, выключали лентопротяжный механизм магнитофона, поворачивали зонд вслед за объектом съемки…

Оберон

NASA/JPL

Порция, Крессида, Офелия - три новых спутника Урана

NASA/JPL

В итоге, все удалось. Кроме фотографий самого Урана, его колец, спутников (в том числе, и Миранды, конечно), на снимках, полученных командой Сагана, удалось открыть десять новых спутников! Потом они получили имена героев произведений Шекспира.

Нептун

NASA/JPL

В 1989 году настал черед Нептуна. «Отчасти это вопрос удачи, а отчасти – хорошей конструкции, что Voyager 2 проделал весь 12-летний путь до Нептуна довольно успешно», – так ответил на вопрос автора статьи, надеялись ли пройти все четыре планеты создатели миссии, руководитель программы Эдвард Стоун.

Большое темное пятно на Нептуне

NASA/JPL

Здесь удалось не только сфотографировать сам Нептун и его известные спутники (в первую очередь, конечно, огромный Тритон), но и открыть шесть новых спутников, открыть кольца Нептуна – теперь мы знаем, что все планеты-гиганты «окольцованы», открыть атмосферу Тритона и странные криовулканы на его поверхности, которые пыхтят в небо черным дымом.

Кольца Нептуна

NASA/JPL

На этом «фотографическая» миссия была завершена. Voyager 1 еще сделал «Семейный портрет» и «Тусклую голубую точку» - групповое фото Солнечной системы со стороны и снимок одинокой голубой точки – Земли, «подвешенной» на солнечном луче.

Поверхность Тритона с криовулканами

NASA/JPL

Но научная программа миссии продолжается до сих пор. В отличие от «первого», «второй» Voyager сейчас опускается ниже плоскости вращения планет вокруг Солнца, вылетая из «пузыря» гелиосферы снизу. На сегодняшний день он удалился от Солнца на 115 астрономических единиц (более 17 миллиардов километров). Запаса энергии для исследований внешних границ Солнечной системы ему должно хватить до 2025 года.

Подписывайтесь на Indicator.Ru в соцсетях: Facebook, ВКонтакте, Twitter, Telegram, Одноклассники.