Главная История астрономии Полет Вояджера за пределы Солнечной системы

Полет Вояджера за пределы Солнечной системы

by Юрий
635 просм.

В этом году исполняется 40 лет с тех пор, как была запущена миссия «Вояджер». «Вояджер-2» был запущен 20 августа 1977 года, а затем, с некоторой задержкой, 5 сентября отправился в полет «Вояджер-1».
Эти два однотипных зонда совершили настоящий прорыв в астрономии и космонавтике, они впервые побывали там, где никогда не бывали никакие другие земные аппараты. Мало того, миссия «Вояджер» продолжается до сих пор, и эти легендарные зонды работают до сих пор, удалившись уже практически за пределы Солнечной системы.

Миссия «Вояджер»

Оба аппарата были созданы в лаборатории НАСА и являлись практически однотипными, то есть были похожи друг на друга, как близнецы. Задачей миссии «Вояджер» было изучение планет — гигантов – Юпитера и Сатурна, не более.

Однако как раз сложилась удачная ситуация – так называемый «парад планет», когда планеты оказываются практически на одной линии, с одной стороны от Солнца. Это позволило разработать такую траекторию полета, когда зонды, пролетая мимо планеты, используют её гравитацию для разгона и могут по кратчайшему пути достичь следующей планеты. Поэтому в итоге «Вояджеры» посетили не только Юпитер и Сатурн, но и все остальные внешние планеты, кроме Плутона, после чего отправились дальше, в открытый космос.

Оснащение зондов

Оба эти аппараты представляли собой полностью автономные роботы, способные работать самостоятельно, с учетом больших расстояний до Земли и большой задержки радиосигнала. В число оборудования входила такая аппаратура:

  • Широкоугольная и узкоугольная телекамеры, в которых использовались видиконы с памятью и четкостью 800 строк. Да, цифровых камер тогда не было, но видикон – предок цифровой матрицы тех времен.
  • Инфракрасный и ультрафиолетовый спектрометры для изучения химического состава всего, что попадется на пути.
  • Фотополяриметр.
  • Плазменный комплекс, в состав которого входили различные датчики – магнитометр, детекторы плазмы, заряженных частиц, космических лучей.

Такого набора вполне достаточно для получения большого количества полезной информации. Кстати, «Вояджеры» сделали немало открытий, пользуясь этими приборами.

Из-за большой удаленности от Солнца конструкторы посчитали, что солнечные батареи не обеспечат зонды достаточным количеством энергии, и оснастили каждый тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами, работающими на плутонии-238. Именно благодаря этому аппараты работают до сих пор, хотя мощность генераторов уже сильно упала. Износ других элементов тоже даёт о себе знать, поэтому сейчас на зондах отключена почти вся аппаратура в целях экономии энергии, а скоро они вообще перестанут работать. Примерно в 2025 году энергии станет недостаточно для поддержания радиосвязи.

Полет «Вояджера-1»

Траектория полета Вояджеров

Траектория полета Вояджеров

Хотя «Вояджер-1» стартовал немного позже «Вояджера-2», однако он быстро опередил его. Дело в том, что он совершил несколько гравитационных маневров и набрал более высокую скорость. Целью его были Юпитер и Сатурн, поэтому и путь его оказался более прямым, в итоге он обогнал сородича и к Юпитеру прибыл даже на 4 месяца раньше – 5 марта 1979 года.

Впервые крупным планом были получены уникальные фотографии Юпитера, в частности Большого красного пятна. Были обнаружены полярные сияния и мощные грозы. Были проведены спектрографические исследования атмосферы Юпитера с близкого расстояния и более точно определен её состав.

«Вояджер-1» сделал снимки спутника Юпитера Амальтеи, где было хорошо заметно, что этот спутник имеет не шарообразную, а эллиптическую форму. Также зонд сделал удивительное открытие – наличие у Юпитера тонкого (30 км), кольца шириной около 8000 км, которое просто невидимо с Земли.

Также «Вояджер-1» посетил галилеевские спутники, в частности, пролетел рядом с Ио на расстоянии 13000 км и сделал детальные фотографии поверхности. Аппаратура зафиксировала наличие большого количества серы, а камеры запечатлели 8 действующих вулканов, которые извергались на высоту до 400 км. Именно «Вояджер-1» первым сделал множество удивительных открытий на спутнике Ио.


Вояджер у Юпитера

Другой спутник Юпитера – Европа, оказался не по пути зонда, поэтому дальше он направился к Ганимеду. И там удалось сделать множество фотографий с расстояния всего 5270 км, благодаря которым мы и знаем теперь о наличии на этом спутнике большого количества воды, и возможном существовании там подледного океана.

А вот от Каллисто аппарат пролетел на расстоянии 126 000 км, однако и здесь удалось получить немало детальных фотографий, и обнаружить множество деталей, которые нельзя увидеть с Земли.

После Юпитера «Вояджер-1» отправился к Сатурну, которого он достиг 12 ноября 1980 года. Научный руководитель проекта Эд Стоун говорил, что каждый день они получали множество потрясающих фотографий и прочих данных, открывающих Сатурн с неведомой стороны, ведь до этого про планету было не так уж и много известно.

Например, именно «Вояджер-1» открыл кольцо F и показал волнистую структуру в кольцах, которую создают спутники Прометей и Пандора. Были открыты так называемые «спицы» в кольцах планеты. На переданных фотографиях были видны бури невиданной силы, которые просто нельзя увидеть с Земли. На полюсах были заметны странные структуры шестигранной формы. Было открыто 6 неизвестных ранее спутников и получены детальные снимки Энцелада.

Диона, спутник Сатурна

Диона, спутник Сатурна. Снимок Вояджера-1, сделанный 12 ноября 1980 г с расстояния 240 тысяч км.

«Вояджер-1» пролетел около Титана и передал много информации о составе его атмосферы и детальных фотографий.

Во многом благодаря полету «Вояджеров» мы знаем о планетах то, что знаем. Дальнейшие полеты лишь уточнили данные и передали дополнительную информацию. «Вояджеры» были первыми там.

После Сатурна «Вояджер-1» изменил направление полета, поднялся над эклиптикой и продолжил полет, но на пути его уже не было никаких планет. Еще в 2013 году было официально признано, что он вышел за пределы Солнечной системы и теперь полет его продолжается в межзвездном пространстве. Расстояние до него теперь более 20 млрд. км, или 134 астрономических единиц, а проходит он сейчас более 3.3 а.е. в год (примерно 500 млн. км).

Полет «Вояджера-2» к Юпитеру и Сатурну

Этот зонд отправился в путь первым, однако летел медленнее, поэтому достиг Юпитера лишь 9 июля 1979 года, спустя 4 месяца после «Вояджера-1». В целом его путь оказался даже интереснее, ведь он посетил и Уран с Нептуном, а «Вояджер-1» после Сатурна ушел в сторону.

Около Юпитера, кроме самой планеты, зонд обследовал галилеевские спутники, например, пролетел неподалеку от Европы, которую собрат миновал, и побывал у Ганимеда.

Извержение вулкана Пепе на спутнике Юпитера Ио, снятое Вояджером-2

Извержение вулкана Пепе на спутнике Юпитера Ио, снятое Вояджером-2

С Сатурном аппарат сблизился лишь 25 августа 1981 года, почти через год после того, как там побывал «Вояджер-1». Там он также сделал множество фотографий планеты и спутников. Первым на пути оказался спутник Япет и зонд впервые в истории передал его снимки и данные по химическому составу, которые заставили задуматься многих. Также было снято множество других спутников с разного расстояния.

Хотя у Юпитера и Сатурна уже побывал «Вояджер-1», со вторым зондом ученые получили уникальную возможность дополнить свои данные. Они могли корректировать путь аппарата таким образом, чтобы заглянуть в те места, куда не попал первый зонд, или где нужно получить дополнительные данные. Два этих зонда вместе дали очень много бесценной информации, сделали множество открытий, а где-то и опровергли прежние теории. Например, по полученным снимкам годы спустя были открыты спутники Сатурна Пан и Паллена.

Снимок Сатурна, сделанный Вояджером-2

Снимок Сатурна в естественных цветах, сделанный 21 июля 1981 года Вояджером-2 с расстояния 21 млн. миль.

Не обошлось здесь и без приключений, добавивших седых волос исследователям. После прохождения через плоскость колец зонд ушел на теневую сторону планеты, однако после выхода на связь не вышел. Оказалось, что поворотная платформа застряла и не ориентировалась на Землю. Сначала предполагалось, что причиной стали микрочастицы из колец Сатурна, затем решили, что дело во внутренних неполадках. Было изготовлено 86 макетов, на которых проблема была всесторонне изучена, и причиной оказалась чрезмерная нагрузка на механизмы. Была передана новая программа для переориентации зонда и связь удалось восстановить. Однако несколько снимков Энцелада и Тефии из-за этого сделать не удалось. В целом же программа была выполнена полностью.

Полет «Вояджера-2» к Урану и Нептуну

Дальше путь зонда лежал к Урану, куда он и прибыл 24 января 1986 года. Благодаря удачному расположению планет зонд воспользовался гравитацией Юпитера и Сатурна для разгона, и достиг Урана за 9 лет после старта. Не будь такого случая, путь занял бы около 30 лет, то есть зонд лишь недавно побывал бы там, а до Нептуна еще не долетел.

На удачный исход этой операции шансы оценивались всего в 60-70%, особенно после проблем с поворотной платформой. Из-за большого расстояния для связи начали применять 64-метровые антенны, расположенные на разных материках. Скорость передачи данных также снизилась, поэтому бортовой компьютер был перепрограммирован под более эффективные алгоритмы сжатия. Однако к тому времени мощность радиоизотопных генераторов уже сильно упала, и для экономии энергии приборы использовались поочередно.

Посещение Урана

Уран при подлете оказался повернут к «Вояджеру-2» южным полушарием. В программу было включено обзорное фотографирование планеты и пролет мимо спутника Миранды. Однако в итоге были открыты еще 2 кольца Урана, помимо известных, и спутник Пак. Затем было открыто еще около десятка мелких спутников, размером всего в несколько десятков километров. Была детально изучена магнитосфера планеты, что дало много новой информации.

Снимок Урана, сделанный Вояджером-2

Снимок Урана, сделанный Вояджером-2 после его пролета.

Здесь тоже не обошлось без приключений. За 6 дней до максимального сближения с планетой было обнаружено, что снимки поступают с искажениями в виде черно-белой сетки. Выяснилось, что в одном байте один бит всегда имел значение 1 и не менялся. Программисты переписали программу, чтобы исключить дефектный бит, и успели передать её за 4 дня до сближения.

Всего «Вояджер-2» передал примерно 6000 снимков Урана его колец и спутников. Далее его ожидал очередной маневр и длинный путь к следующему пункту – Нептуну, которого он и достиг 24 августа 1989 года, спустя 12 лет после старта, и всего за 3.5 года от Урана. До сих пор так далеко не долетал ни один аппарат с Земли.

Посещение Нептуна

Из-за большой удаленности ручное управление было бесполезным – радиосигнал шел от Земли до аппарата более 4 часов, и столько же обратно. За это время зонд успел бы пролететь более 200 000 км. Поэтому работал он самостоятельно, всю информацию записывая на специальный цифровой магнитофон, а уже потом, после удаления от планеты всю её передал. Скорость передачи на таком расстоянии тоже была очень медленной, чтобы фильтровать слабый полезный сигнал от помех.

«Вояджер-2» впервые сфотографировал Нептун с близкого расстояния, изучил его атмосферу и магнитосферу. Был обнаружен гигантский антициклон, подобный Большому Красному пятну на Юпитеру, но этот получил название Большое Темное пятно. Были сняты полярные сияния на Нептуне, причем не только у полюсов, но и везде, а также на его спутнике Тритоне.

Снимок нептуна, сделанный Вояджером-2

Нептун, Большое Темное пятно и облака в атмосфере.

Тритон, вопреки ожиданиям – на нем царит экстремальный холод до -236 градусов, оказался геологически активным. На нем были обнаружены не только действующие вулканы, но и гейзеры. Такой тип вулканизма называется жидкостно-ледяным, и он уникален. Тритон имеет очень разреженную атмосферу, однако зонд обнаружил в ней тонкие облака, вероятно, из азотного инея.

Кроме множества других открытий, «Вояджер-2» обнаружил у Нептуна 6 мелких спутников и кольца.

После Нептуна аппарат, как и «Вояджер-1», ушел к югу от эклиптики под д углом 48 градусрв. На этом его планетная миссия закончилась. Скорость полета его к тому времени достигла 15.9 км/с.

Полет за пределы Солнечной системы

Оба «Вояджера» летят до сих пор, один к северу от эклиптики, другой к югу. Сейчас они уже вылетели за пределы Солнечной системы и летят в межзвездном пространстве, хотя на эту тему пока продолжаются споры – никто не знает, что считать этими границами. Мало того, они продолжают передавать полезную информацию о состоянии космического пространства. Правда, их источники питания уже практически вдвое потеряли свой ресурс, поэтому практически вся аппаратура была отключена. Зонды смогут функционировать примерно до 2025 года, после чего энергия у них иссякнет, и они отключатся окончательно.

Однако полет свой эти аппараты, ставшие легендой, не прекратят.

Примерно к 2300 году «Вояджер-2» полностью перестанет испытывать гравитационное воздействие Солнца.

В 8 571 году «Вояджер-2» будет на расстоянии в 4 световых года от Звезды Барнарда, а в 20319 году – в 3.5 световых годах от Проксимы Центавра.

В 42 000 г. «Вояджер-1» пролетит на расстоянии в 1.6 световых лет от звезды AC+79 3888 в созвездии Жирафа. Он будет на расстоянии 1 парсек (31 трлн. Км.) от нас.

В 296 036 году «Вояджер-2» пролетит около Сириуса на расстоянии в 4.3 световых года.

Через миллион лет «Вояджер-2» удалится от нас на 47.4 световых лет.

Послание внеземным цивилизациям

Когда «Вояджеры» готовили к полету, на каждом из них закрепили золотую пластину, на которой разместили множество информации о Земле и её обитателях – звуки и фотографии природы, ДНК человека, музыку, а также обращение Джимми Картера, тогдашнего президента США.

Установка золотых пластин с посланием на аппарат Вояджер.

Установка золотых пластин с посланием на аппарат Вояджер.

Такая золотая пластинка стоит на Вояджерах.

Такая золотая пластинка стоит на Вояджерах.

Если эти пластины когда-нибудь попадут к представителям достаточно развитой цивилизации, они смогут расшифровать эту информацию, и возможно, выйдут на контакт. Ведь вряд ли мы одиноки во Вселенной – последние исследования все больше подтверждают обратное. Поэтому последней миссией «Вояджеров», возможно, на миллионы лет, станет доставка письма братьям по разуму.

Оставьте своё мнение

Мы используем технологию cookie для лучшего представления сайта. Продолжая пользование сайтом, Вы выражаете своё согласие. Ок Подробнее...