Миссия "Вояджер": главный секрет Солнечной системы так и не раскрыт

Второй аппарат миссии NASA "Вояджер" (Voyager-2) пересек гелиопаузу и вышел в межзвездное пространство. Его брат-близнец сделал это шестью годами ранее. Зонды, запущенные в 1977-м для исследования планет-гигантов, до сих пор работоспособны, запасов радиоактивного топлива хватит до 2030 года. Что ждет "путешественников" на краю Солнечной системы — в материале РИА Новости.

Плоды дефицита

"Как возникла идея отправить аппарат к четырем планетам-гигантам? Аспирант в NASA рассчитал, что в 1977-м они соберутся в достаточно узком секторе и гравитационный маневр будет особенно эффективен. В результате, чтобы добраться до них, потребуется не 30, а 13 лет. Статья привлекла внимание, начались обсуждения. Сначала предложили проект "Grand tour" из четырех аппаратов, но это оказалось слишком дорого. Тогда взяли за основу "Маринер", успешно работавший у Марса, Меркурия, Венеры", — рассказывает РИА Новости Леонид Ксанфомалити, доктор физико-математических наук, главный научный сотрудник отдела физики планет и малых тел Солнечной системы Института космических исследований РАН, автор научно-популярных книг по астрономии.
В итоге возник проект "Вояджер" из двух одинаковых аппаратов. Их и отправили к Юпитеру и Сатурну.

"На второй месяц после запуска "Вояджер-2" замолчал, не отвечал на команды. Что если у него сломалась система захвата радиосигнала? Попробовали менять частоту сигналов — и наконец аппарат ответил. Затем приходилось производить учет смещения сигнала, делать поправку на разные факторы, например движение Земли, прогрев, старение приборов. Все эти годы работала специальная группа, интуитивно подбиравшая частоту для связи. И у них это получалось лучше, чем у расчетчиков", — продолжает ученый.

На "Вояджерах" установлена очень старая, по нашим меркам, техника: передатчики на лампах бегущей волны, обмен данными происходит со скоростью обычного телефонного модема — и это на космических расстояниях, где ответ приходит через несколько часов.

Со временем математики придумали, как увеличить объем обмена данными, повысить их надежность. Новый алгоритм обработки загрузили на "Вояджер-2", но, когда он подлетал к Урану, программа сбилась. Пришлось срочно ее модифицировать.

Таких драматических моментов было множество. И все-таки живучесть "Вояджеров" поражает. Они в космосе уже 42 года, преодолели порядка 18 миллиардов километров, исследовали четыре планеты-гиганта и их спутники, пересекли гелиосферу — пузырь солнечного ветра, внутри которого находится наша планетная система.

"Я очень уважаю американских инженеров за то, что они никогда не сдавались, преодолевали все трудности с этими аппаратами. Как только появлялась проблема, они начинали ее решать", — добавляет Ксанфомалити.

Четыре газовых гиганта

"Вояджер-1" и "Вояджер-2" один за другим посетили Юпитер. Исследовали атмосферу, магнитосферу, радиационные пояса, открыли кольца. Подтвердили гипотезу о том, что Большое красное пятно в атмосфере планеты — это гигантский вихрь.

Обнаружилось также, что магнитосфера Юпитера охватывает орбиту спутника Ио, создавая между ними электрический ток.

"Вояджеры" зафиксировали тепловые аномалии на Ио, подтвердив, что там действуют гигантские вулканы. Открыли много новых лун. Сейчас их насчитывают девяносто.

Магнитосфера обладает свойством захватывать и накапливать высокоэнергетические элементарные частицы, создающие радиационные пояса. Побывать в таких областях у Юпитера — все равно что залезть в работающий ускоритель частиц высоких энергий. Радиация там чудовищная. Но у зондов есть специальная защита.

Аппараты исследовали Сатурн и его спутники Титан и Энцелад, открыли новые луны. "Вояджер-2" сблизился с планетой, исследовал ее цветные кольца, магнитосферу, состав атмосферы, где выявил признаки молний.

Астрономы возлагали большие надежды на Титан — там предполагали парниковый эффект и условия для существования жидкой воды. Но были разочарованы. Спутник оказался холодным и безжизненным, хотя на его поверхности и в атмосфере много органических соединений.

Планеты-океаны

У Титана "Вояджер-1" отклонили и направили к границе Солнечной системы, а "Вояджер-2" — к Урану. В 1986 году произошло историческое сближение с планетой, открыли магнитосферу, шесть спутников, обнаружили и изучили кольца.
В 1989-м аппарат достиг Нептуна, который теперь называют планетой-океаном. И тут произошла сенсация. Ученые давали одну пресс-конференцию за другой.

"Данные о магнитном поле Нептуна вызвали шок. У него форма конуса и вращение по оси, не совпадающей с осью вращения планеты. Такое поле назвали наклонным ротатором. В окружающей планету плазме радиационных полей возникают импульсы радиоизлучения. На Земле, имея на руках данные "Вояджера-2", сумели принять радиоимпульсы с Нептуна. А если бы их приняли раньше? Представляете заголовки статей?" — поясняет Ксанфомалити.

Нептун задал загадку: он излучает больше энергии, чем получает от Солнца. Значит, у него есть внутренний источник тепла. У Урана такого нет.

"Эффект от миссии "Вояджеров" колоссальный, были пересмотрены многие представления о планетах. Оказалось, мы далеко не все знаем и о происхождении Солнечной системы. Скорее всего, она представляет собой поразительное исключение из того, что мы наблюдаем. Исследование планет-гигантов положило начало новому направлению планетной физики — изучению экзопланет. Сейчас их известно около трех тысяч. Все они по свойствам тяготеют к Юпитеру, но разнообразие огромно. Конечно, сказывается селекция, крупное тело легче обнаружить, но теперь мы понимаем, что искать у других звезд", — продолжает ученый.

Посланники Земли

У планет-гигантов "Вояджеры" выполняли гравитационные маневры — так называют способ разогнать или, наоборот, затормозить аппарат в поле тяготения планеты. Благодаря этому удалось сэкономить топливо и сократить срок миссии. Зонды легли на гиперболическую орбиту, не предполагающую возврата в Солнечную систему.
В 2012 году "Вояджер-1" пересек гелиопаузу — последний слой между гелиосферой и межзвездной средой. Астрономы поняли это по исчезновению солнечного ветра: приборы фиксировали только высокоэнергетические космические частицы. Однако направление магнитного поля осталось прежним. Почему? Непонятно.

В начале ноября минувшего года гелиопаузу пересек "Вояджер-2". Это произошло почти на десять астрономических единиц раньше предполагаемого расстояния, что также пока необъяснимо.

"Что еще аппараты могут наблюдать в межзвездном пространстве? Например, неоднородность среды, скажем, потоки звездного вещества. Электропитания у них хватит на десять лет. Проблема в другом. Из-за большого расстояния может дать сбой система наведения на Солнце, тогда радиосигнал будет потерян", — заключает Леонид Ксанфомалити.

Выход из гелиосферы не означает выхода из Солнечной системы. Сначала "Вояджеры" должны достичь внешнего края облака Оорта — гипотетической области, откуда к нам прилетают ледяные кометы, и пересечь его. Только тогда сила притяжения нашей звезды станет пренебрежимо мала. На это у зондов уйдет более тридцати тысяч лет.