Прощальный снимок *Вояджера. Как выглядит земля из разных точек солнечной системы Фотографии с вояджера

Главная

Космические аппараты-близнецы «Вояджер-1» и «Вояджер-2» — не просто старожилы, а, можно сказать, старожилы-рекордсмены: они были запущены еще в 1977 году в рамках одноименного проекта по изучению дальних планет Солнечной системы и до сих пор продолжают поставлять ученым ценную информацию. Правда, следует заметить, что в работоспособном состоянии находятся вроде бы и космические аппараты «Пионер-6», «Пионер-7» и «Пионер-8», запущенные еще раньше, соответственно в 1965, 1966 и 1967 годах, но их можно назвать старожилами лишь условно, поскольку связь с ними за ненадобностью не поддерживается.

Совсем иное дело — «Вояджеры»: помимо впечатляющих заслуг прошлых лет (вроде передачи на Землю первых детальных снимков Юпитера, Сатурна, Урана, Нептуна и ряда их спутников), у этих космических аппаратов имеются и ничуть не меньшие «текущие» заслуги.

В частности, «Вояджер-1» является на сегодняшний день самым удаленным от Солнца (и от Земли) рукотворным объектом: обогнав на пути в межзвездное пространство всех своих предшественников-соперников — космические зонды «Пионер-10″ и Пионер-11» и брата-близнеца «Вояджер-2», — он первым покидает пределы Солнечной системы. И при этом продолжает поставлять информацию, порой ставящую астрофизиков в тупик и заставляющую их пересматривать давно устоявшиеся представления о том, как устроена та область космического пространства, где заканчивается Солнечная система и начинается межзвездная среда.

Эта область характеризуется тем, что солнечный ветер — поток испускаемых нашим светилом ионизированных частиц, — наталкивается на межзвездный ветер, состоящий из частиц межзвездного вещества, и быстро тормозится. Его скорость, внутри Солнечной системы в сотни и тысячи раз превышающая скорость звука, резко падает ниже звукового порога — это происходит на границе ударной волны. Потерявшие сверхзвуковую скорость частицы солнечного ветра, продолжая тормозиться, начинают реагировать с окружающим межзвездным веществом, при этом формируется так называемая гелиосферная мантия. А ее внешняя граница — она носит название гелиопаузы — считается и внешней границей Солнечной системы в целом.

«Вояджер-1» загадывает загадки

Хотя в СМИ не раз появлялись сообщения о том, что «Вояджеры» якобы уже покинули Солнечную систему и вышли в межзвездное пространство, на самом деле это не так. Судя по всему, оба «Вояджера» находятся внутри гелиосферной мантии, однако пока не достигли гелиопаузы, говорит профессор Стаматиос Кримигис (Stamatios Krimigis), глава космического отдела Лаборатории прикладной физики при университете Джонса Хопкинса в городе Лорел, штат Мэриленд, и научный руководитель проекта «Вояджер-1»: «25 августа прошлого года аппарат зарегистрировал резкое ослабление солнечного ветра. Количество ионизированных частиц уменьшилось на 3 порядка, они почти полностью исчезли. Одновременно довольно значительно — на 20-30 процентов — увеличилось количество межзвездных частиц. И мы решили, что «Вояджер-1″ преодолел границу Солнечной системы».

Поначалу поступавшие от аппарата данные в полной мере отвечали ожиданиям ученых, говорит профессор Кримигис: «Но потом мы обнаружили, что силовые линии магнитного поля Солнца, в котором продолжает свой полет «Вояджер-1″, все еще лежат в плоскости, параллельной плоскости орбит планет. Между тем, в межзвездном пространстве вектор поля должен был изменить свое направление. Но мы этого не наблюдаем».

Мантия пополнилась новым регионом

Теперь же «Вояджер-1» оказался в каком-то неизвестном регионе космического пространства, существование которого не было предсказано ни одной научной теорией. В результате ученым пришлось срочно вносить коррективы в свои представления о структуре гелиосферной мантии. Раньше считалось, что она состоит из двух регионов — региона торможения, в котором солнечный ветер продолжает замедляться, и региона стагнации, в котором индукция магнитного поля Солнца резко возрастает вследствие уплотнения, вызванного усилением давления заряженных частиц межзвездной среды.

Теперь же исследователи «нарастили» гелиосферную мантию снаружи еще одним регионом — зоной истощения. Она характеризуется направленностью межзвездного ветра, хотя до сих пор считалось, что космическое излучение здесь должно быть изотропным, и аномальной структурой магнитного поля. Получается, что и не покинув еще Солнечную систему, «Вояджер-1» уже предложил ученым совершенно новый и неожиданный объект для исследований. Однако едва ли те смогут предсказать, станет ли зона истощения последним перед гелиопаузой регионом гелиосферной мантии или ее придется опять «наращивать».

«Вояджер-1» загадывает загадки

Мантия пополнилась новым регионом

Описание

Вояджер (англ. voyager, путешественник) — название серии американских космических аппаратов, а также название проекта по исследованию дальних планет Солнечной системы с участием аппаратов данной серии. «Вояджеры» стали третьим и четвёртым космическим аппаратом, покинувшим пределы солнечной системы, первыми двумя были «Пионер-10» и «Пионер-11».

Проект «Вояджер» — один из самых выдающихся экспериментов, выполненных в космосе в последней четверти XX века. Расстояния до планет-гигантов слишком велики для средств земного наблюдения. Поэтому отправленные на Землю «Вояджерами» фотоснимки и данные измерений имеют большую научную ценность.

Идея проекта впервые появилась в конце 60-х годов, незадолго до запуска первых пилотируемых аппаратов к Луне и аппаратов «Пионер» к Юпитеру.

Первоначально планировалось исследовать только Юпитер и Сатурн. Однако благодаря тому, что все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе Солнечной системы («парад планет») было возможно использование гравитационных маневров для облёта всех внешних планет, за исключением Плутона. После того, как Вояджер-1 успешно выполнил программу исследования Сатурна и его спутника Титана было принято окончательное решение направить Вояджер-2 к Урану и Нептуну. Для этого пришлось слегка изменить его траекторию, отказавшись от близкого пролёта около Титана.

«Вояджер» — довольно крупное сооружение. Это высокоавтономный робот, оснащённый собственными энергетическими установками, ракетными двигателями, компьютерами, системой радиосвязи, управления и научными приборами для исследования внешних планет, массой около 815 кг.

Всего было создано и отправлено в космос два таких аппарата:

— Вояджер-1

— Вояджер-2.

Оснащение

Каждый Вояджер был оснащен широкоугольной камерой, с областью видимости 3 гр., и камеру с областью видимости 0.5 гр. Строение камер показано на рисунке p2.

Таблицы A-1 и A-2 показывают основные их характеристики. Объекты на поверхности, размером 1 км могли быть обнаружены с расстояния 55000 км. На рисунке p3 фотография Луны, сделанная телескопом, которая показывает возможности камеры с малым углом на Вояджере.

Рисунок p3. Фотография Луны, показывающая возможности камеры с малым углом на Вояджере. Картинка получена с Земли, область видимости — 0.42° x 0.42°.

Изображение было преобразовано в 8-битный формат (256 оттенков серого), размер пикселя — 3.5 x 3.5 км.

Рисунок p4. Фотография Луны, показывающая возможности широкоугольной камеры. Размер пикселя 27 x 27 км.

Таблица А-1

Таблица А-2

Также Вояджер был оснащен плазменным комплексом:

— детектор плазмы;

— детектор заряженных частиц низких энергий;

— детектор космических лучей;

— магнитометры высокой и низкой чувствительности;

— приёмник плазменных волн.

А также спектрометрами: инфракрасным, диапазон от 4 до 50 мкм, и ультрафиолетовым, диапазон 50-170 нм. На борту к тому же был фотополяриметр.

Энергооснащение аппарата

В отличие от космических аппаратов исследующих внутренние планеты, «Вояджеры» не могли применять солнечные батареи, так как поток солнечной радиации по мере удаления аппаратов от Земли становился слишком мал. На «Вояджерах» установлены три радиоизотопных термоэлектробатареи с эффективностью около 5%, нагреваемые тепловыделяющими элементами из окиси плутония. Общая мощность такой батареи вначале составляла почти полкиловатта электроэнергии, однако по мере распада плутония мощность падает.

Послание внеземным цивилизациям

К борту каждого «Вояджера» прикрепили круглую алюминиевую коробку, положив туда позолоченный видеодиск. На диске 115 слайдов, на которых собраны важнейшие научные данные, виды Земли, её материков, различные ландшафты, сцены из жизни животных и человека, их анатомическое строение и биохимическая структура, включая молекулу ДНК.

В двоичном коде сделаны необходимые разъяснения и указано местоположение Солнечной системы относительно 14 мощных пульсаров. В качестве «мерной линейки» указана сверхтонкая структура молекулы водорода (1420 МГц).

Кроме изображений на диске записаны и звуки: шёпот матери и плач ребёнка, голоса птиц и зверей, шум ветра и дождя, грохот вулканов и землетрясений, шуршание песка и океанский прибой.

Человеческая речь представлена на диске короткими приветствиями на 58 языках народов мира. По-русски сказано: «Здравствуйте, приветствую вас!». Особую главу послания составляют достижения мировой музыкальной культуры. На диске записаны произведения Баха, Моцарта, Бетховена, джазовые композиции Луи Армстронга, Чака Берри и народная музыка многих стран.

На диске записано также обращение Картера, который в 1977 г. был президентом США. Вольный перевод обращения звучит так:

«Этот аппарат создан в США, стране с населением 240 млн. человек среди 4-миллиардного населения Земли. Человечество, все ещё разделено на отдельные нации и государства, но страны быстро идут к единой земной цивилизации.

Мы направляем в космос это послание. Оно, вероятно, выживет в течение миллиарда лет нашего будущего, когда наша цивилизация изменится и полностью изменит лик Земли: Если какая-либо цивилизация перехватит «Вояджер» и сможет понять смысл этого диска, — вот наше послание:

Это — подарок от маленького далёкого мира: наши звуки, наша наука, наши изображения, наша музыка, наши мысли и чувства. Мы пытаемся выжить в наше время, чтобы жить и в вашем. Мы надеемся, настанет день, когда будут решены проблемы, перед которыми мы стоим сегодня, и мы присоединимся к галактической цивилизации. Эти записи представляют наши надежды, нашу решимость и нашу добрую волю в этой Вселенной, огромной и внушающей благоговение».

Аппараты покидают солнечную систему

После встречи с Нептуном траектория «Вояджера-2» отклонилась к югу. Теперь его полет проходит под углом 48° к эклиптике, в южной полусфере. «Вояджер-1» поднимается над эклиптикой (начальный угол 38°). Аппараты навсегда покидают пределы солнечной системы.

Технические возможности аппарата таковы: энергии в радиоизотопных термоэлектрических батареях хватит для работы аппарата по минимальной программе примерно до 2025 г. Проблемой может стать возможная потеря Солнца солнечным датчиком, так как с большого расстояния Солнце становится все более тусклым. Тогда направленный радиолуч уйдёт с Земли и аппарат умолкнет. Это может произойти около 2030 г.

Теперь из научных исследований «Вояджеров» на первом месте — изучение гелиопаузы (границы между межзвёздной и солнечной плазмой). К маю 2006 оба аппарата достигли гелиопаузы и это привело к новому открытию: данная граница неожиданно оказалась ассиметричной — на расстоянии 85 и 73 астрономических единицы (южная граница ближе к Солнцу). Природу этой ассиметрии ещё предстоит объяснить.

Путь «Вояджера 1»

Вояджер-1 стартовал 5 сентября 1977. Для него была выбрана более короткая трасса, чем для «Вояджера-2»: Вояджер-1 должен был посетить только Юпитер и Сатурн. Длительность миссии первоначально была определена в 5 лет.

5 марта 1979 — Вояджер-1 достиг планеты Юпитер, 12 ноября 1980 — пролетел на минимальном расстоянии от Сатурна.

Космический аппарат прошёл в юпитерианской системе вблизи Ио и Каллисто, а в системе Сатурна — около Титана, Реи и Мимаса. После встречи с Сатурном «Вояджер-1» покинул плоскость эклиптитики.

15 ноября 2003 — Вояджер-1 достиг границ солнечной системы. Аппарат оказался в зоне действия турбулентности, которая возникает, когда сталкиваются солнечный и межзвёздный ветры.

Положение аппаратов программы Вояджер

24 мая 2005 — на конференции в Новом Орлеане представители НАСА объявили, что Вояджер-1 покинул область, называемую предельным (конечным) ударом (или область ударного торможения, en:Termination shock). Это область, где солнечный ветер тормозится перед встречей со внешней средой со скорости 1,1-2,4 млн. км/ч и становится более плотным и тёплым. Покинув эту область, аппарат приближается к гелиопаузе — границе Солнечной Системы — там, где солнечный ветер сливается с межзвёздной средой.

Путь «Вояджера 2»

Аппарат идентичен «Вояджеру-1». За счёт гравитационного манёвра у Сатурна и Урана, «Вояджер-2» смог на 20 лет сократить срок полёта к Нептуну по сравнению с прямой траекторией с Земли.

Аппарат передал на Землю тысячи снимков Урана, его спутников и колец. Благодаря этим фотографиям, учёные обнаружили два новых кольца, и исследовали девять уже известных, помимо этого были обнаружены 10 новых спутников Урана.

Вояджер-2″ близко подошёл к Европе и Ганимеду, галилеевым спутникам, не исследованным ранее «Вояджером-1».Золотой диск, содержащий послание внеземным цивилизациям. 25 августа 1981 — максимальное сближение с Сатурном (101 тыс. км).

Траектория зонда прошла около спутников Сатурна Тефии и Энцелада.

Вот предполагаемая дальнейшая судьба аппарата:

— 8571 г. — «Вояджер-2» будет в 4 световых годах от Звезды Барнарда.

— 20319 г. — он пройдёт на минимальном расстоянии, 3,5 световых года от звезды Проксима Центавра.

— 296036 г. — «Вояджер-2» подойдёт к Сириусу на расстояние 4,3 световых года.

36 лет назад в космос был запущен космический аппарат “Вояджер-2”. И хотя в последние годы его более быстро летящий брат-близнец “Вояджер-1” куда больше на слуху (чего стоят одни споры насчет того, ), не стоит забывать что “Вояджер-2” по-прежнему удерживает уникальное достижение - еще ни одному космическому аппарату ни до, ни после него не удавалось изучить одним заходом четыре планеты Солнечной системы. Причем, если к Сатурну и Юпитеру позже запускались другие аппараты, то Уран и Нептун с тех пор больше никто не посещал. Так что неизвестно, сколько еще десятилетий нам придется довольствоваться той информацией, что передал “Вояджер-2”.

Замысел

А началось все в конце 60-х годов. Благодаря тому, что все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе, образовав своего рода гигантскую "дугу" (такое событие бывает раз в 175 лет), инженеры NASA задумали миссию, которая смогла одним бы заходом изучить все четыре планеты за очень короткий промежуток времени используя их гравитационное поле для ускорения.

Один из авторов и бессменный руководитель программы "Вояджер" профессор Эд Стоун. Что интересно, большинство нынешних участников проекта родилось позже, чем были запущены сами аппараты.

Изначальный план состоял в том, чтобы отправить в космос четыре космических корабля - но из-за значительного урезания бюджета NASA в начале 70-х, деньги были выделены только на два зонда, которые должны были изучить Юпитер и Сатурн. К счастью, создателям аппарата удалось добиться плана полета, предусматривающего возможность продления миссии "Вояджера-2" для изучения Урана и Нептуна. Для этого требовалось, чтобы “Вояджер-1” полностью выполнил все поставленные перед им задачи. К счастью, “Вояджер-1” сработал безупречно.

Старт

В соответствии с практикой тех лет, всего было построено три аппарата с бортовыми номерами VGR 77-1, VGR 77-2 и VGR 77-3. Последний был резервным, на тот случай если на каком-то из основных аппаратов будут обнаружены неполадки. Эта практика полностью себя оправдала когда на испытаниях аппарата с номером VGR 77-2 возникли проблемы - и потому его пришлось заменить на VGR 77-3, который и был запущен 20 августа 1977 года и известен теперь как "Вояджер-2".

Через две недели, 5 сентября 1977 года стартовал "Вояджер-1". Кому-то может показаться странным, что аппарат с номером 2 стартует раньше чем номер 1 - но первый "Вояджер" шел по более быстрой и экономичной траектории, и потому вскоре обогнал своего “брата”. VGR 77-2 же остался на Земле и сейчас инженеры отрабатывают на нем все команды, перед тем как передать их непосредственно на сами аппараты.

Юпитер

Зонд достиг Юпитера в июле 1979 году. “Вояджер-2” более близко подошёл к Европе и Ганимеду, чем “Вояджер-1” - переданные им снимки позволили выдвинуть гипотезу о существовании жидкого океана под поверхностью Европы.

Слева направо и сверху вниз: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто

Обследование самого крупного спутника в Солнечной системе Ганимеда, показало, что он покрыт корой "грязного" льда, а его поверхность значительно старше поверхности Европы. Кроме того, пролетая мимо спутника Юпитера Ио, "Вояджер-2" подтвердил его продолжающуюся вулканическую активность, которая по словам Эда Стоуна является его персонально самым любимым открытием, сделанным в ходе миссии.

Ио на фоне Юпитера

Сатурн

Август 1981 года. Аппарат пролетает вблизи Сатурна и передает подробные фотографии газового гиганта, его колец и спутников (в том числе, Тефии, Япета и Энцелада).

Энцелад и Япет

На фотографии справа изображен фрагмент колец Сатурна. На фотографии слева - прощальное фото навсегда покидавшего нашу систему "Вояджера-1".

Уран

В январе 1985 года "Вояджер-2" пролетел вблизи Урана, передав на Землю тысячи снимков планеты, его спутников и колец. Благодаря этим фотографиям, учёные обнаружили 10 новых спутников, два новых кольца и исследовали девять уже известных.

Кольца Урана

Сам Уран получился достаточно невыразительным на фотографиях в видимом спектре, но вот снимки его спутников, в частности Миранды, удивили исследователей.

Слева направо: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон

До этого считалось что маленькие спутники быстро охлаждаются после своего образования, и представляют собой однообразную пустыню, испещрённую кратерами. Однако выяснилось, что на поверхности Миранды пролегают долины и горные хребты, среди которых были заметны скалистые утёсы. Это говорит о том, что история луны богата тектоническими и термальными явлениями.

На фотографии слева - Титания. Справа - Миранда.

"Прошальное" фото Урана

Нептун

24 августа 1989 года аппарат пролетел в 48 тыс. км от поверхности Нептуна, который с 2008 года считается последней планеты Солнечной системы. Несмотря на то, что к тому моменту полет длился уже 12 лет, отклонение корабля от начального графика составило всего несколько минут.

Были получены красивые снимки Нептуна и его уникального путника Тритона. На Тритоне были обнаружен криовулканизм, что стало большой неожиданностью для всех участников проекта.

"Вояджер-2" покидает Нептун и Тритон. Одна из последних сделанных аппаратом фотографий

Технические проблемы и их решение

Поскольку полёт «Вояджера-2» продлился гораздо дольше, чем было запланировано, ученым сопровождавшим миссию, пришлось решить огромное количество технических проблем. Заложенные изначально правильные подходы к конструированию аппаратов позволили это сделать. К наиболее значимым и успешно решённым проблемам можно отнести:

*Выход из строя компенсатора частоты сигнала радиопередатчика. Это устройство должно было подстраивать несущую частоту радиопередатчика в связи с тем, что она, у двигающегося со скоростью порядка 11,5 км/с аппарата, испытывает значительное смещение Допплера. Проблема была решена созданием в максимально сжатые сроки земного аналога этого устройства, но уже для наземного приёмного комплекса, работающего до сих пор. Без него связь с аппаратом была бы невозможна.

*Выход из строя одной из ячеек оперативной памяти бортовой ЭВМ — программу удалось переписать и загрузить так, что этот бит перестал влиять на нее.

*На определённом участке полёта применявшаяся система кодирования управляющего сигнала уже переставала отвечать требованиям достаточной помехозащищённости из-за ухудшения отношения сигнал/шум. В бортовую ЭВМ была загружена новая программа, осуществлявшая кодирование гораздо более защищённым кодом (был применён двойной код Рида — Соломона). Самое интересное то, что в 1977 году этот способ кодировки еще не существовал.

*В 2010 году, получив искаженное сообщение от зонда, команда провела тщательный дамп памяти, используя один из резервных компьютеров, и выяснила, что один бит в программе изменился с 0 на 1. Перезагрузка программы все исправила.

*При пролёте плоскости колец Сатурна бортовая поворотная платформа с телекамерами была заклинена, возможно, частицей этих колец. Осторожные попытки поворота её несколько раз в противоположные стороны позволили, в конце концов, разблокировать платформу.

*Падение мощности питающих изотопных элементов потребовало составления сложных циклограмм работы бортового оборудования, часть которого начали время от времени отключать, чтобы предоставить другой части достаточно электроэнергии.

*Огромное удаление аппарата от Земли потребовало многократной модернизации наземного приёмо-передающего комплекса, чтобы принимать слабеющий сигнал.

Планета X

Данные полученные "Вояджером-2" позволили ученым положить конец почти вековой дискуссии о существовании т.н. Планеты X - гипотетического небесного тела, оказывающего необъяснимое влияние на орбиту Урана. Поиски этого тела в свое время привели к открытию Плутона - но когда выяснилось, что его масса составляет лишь 0,002% от земной, стало понятно, что он никак не может вызывать такие отклонения.

Точка в этой истории была поставлена в 1994 году, когда по результатам уточнения массы Нептуна, проведенного на основании анализа данных полученных “Вояджером-2”, выяснилось что она на 0,5% меньше расчетной (разница была сопоставима с массой Марса). В результате исчезли несоответствия в орбите Урана, а с ними и надобность в Планете X.

Настоящее и будущее

В настоящее время, "Вояджер-2" находится на расстоянии 102 а.е. от Солнца и продолжает удаляться от него еще на 3.2 а.е. в год (для сравнения - "Вояджер-1" находится на расстоянии 125 а.е. от Солнца). Данные полученные с зонда позволяют предположить что гелиосфера ("пузырь", в пределах которого Солнце, его магнитное поле и солнечный ветер доминируют над межзвёздной средой), имеет выпуклость, направленную наружу (в северном полушарии нашей системы), и впадину, направленную внутрь (в южном полушарии).

И так как "Вояджер-2" летит как раз в “южном” направлении, то это означает, что он может успеть выйти в межзвездное пространство еще до того, как иссякнут его радиоизотопные элементы, что случится между 2020 и 2025 годами.

После того как будет утеряна связь, аппарат отправится в бесконечной путешествие к звездам. Через 40 000 лет Вояджер-2 пройдет на расстоянии 1.7 световых года от звезды Росс 248, а еще через 256 000 лет подойдет на расстояние 4.3 световых года к Сириусу. На его борту каждого из “Вояджеров” находится золотая пластинка с нашим . Возможно, однажды какой-то другой разумный вид получит его и сможет расшифровать.

Разделы