40 лет полёта «Вояджеров»

40 лет полёта «Вояджеров». Скоро они замолчат навсегда

40 лет назад ученые Земли отправили в далекий полет две межпланетные станции, которые получили названия «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Эти станции идентичны, различает их лишь название и время запуска.

Станцию «Вояджер-2» запустили 20 августа 1977 года, её близнеца — 5 сентября того же года. До сорокалетия «Вояджера-1» осталось подождать еще пару недель. Путаницы с нумерацией зондов нет, поскольку специалисты изначально запланировали, что «Вояджер-1» должен обогнать своего собрата. Так и получилось: зонд с номером один смог вырваться вперед между орбитой Марса и поясом астероидов.

Обе станции направились по разным маршрутам, что позволило им войти в историю. «Вояджер-1» на данный момент — самый удаленный от нашей планеты объект, созданный человеком. А «Вояджер-2» — первый и единственный пока зонд, который смог нанести визит сразу четырем планетам-газовым гигантам Солнечной системы: Юпитеру, Сатурну, Урану и Нептуну.

«Вояджер-1» — не только самый удаленный от Земли рукотворный объект, но и самый быстрый. Его скорость составляет 17 км/с. Сейчас он находится на расстоянии в 139 астрономических единиц, это 21 миллиард километров. Данные полета обоих «Вояджеров» постоянно обновляются на специальной странице Лаборатории реактивного движения НАСА.

Границы Солнечной системы

Говорят, что «Вояджер-1» покинул границы Солнечной системы. Это случалось не единожды. Ученые несколько раз анонсировали, что зонд «уже точно» покинул нашу систему, после чего оказывалось, что это все-таки не так.

Над трудностью определения космических рекордов шутил комикс xkcd. Количество раз, которые «Вояджер-1» покинул границы Солнечной системы, xkcd:1189

Границы были нащупаны в 2012 году. В это время аппарат вошел в зону гелиопаузы, где давление солнечного ветра уравновешивает давление межзвездной среды. Сама гелиосфера — это область околосолнечного пространства, где солнечный ветер всё ещё преобладает над “галактическим ветром” — потоком частиц межзвёздной среды.

В 2013 году несколько раз сообщалось, что «Вояджер-1» вышел за границы влияния Солнца, и в сентябре того же года поступило подтверждение.

Таким образом, зонд все же оказался в межзвездном пространстве. Окончательно ученые убедились в этом лишь в 2014 году. Сейчас плазма, которая окружает зонд, примерно в 40 раз более плотная, чем это было в пределах Солнечной системы.

Надо заметить, что ученые, говоря о том, что аппарат покинул систему, говорят именно о гелиосфере. Если же говорить о выходе за пределы орбиты небесных тел, которые вращаются вокруг Солнца, то этого еще не произошло. Зонд не достиг еще орбиты Седны, транснептунового объекта, не говоря об облаке Оорта. Это облако, «населенное» долгопериодическими кометами, считается внешним краем Солнечной системы.

Набор скорости

Для того, чтобы аппараты смогли набрать достаточную скорость, их запускали при помощи тяжелой ракеты Titan 3E с дополнительной четвертой ступенью. Первая и вторая ступень была заправлена азотным тетраоксидом и аэрозином. В третьей ступени использовался жидкий водород и кислород, а в четвертой уже твердое топливо.

Особенности зондов

Ученые учли, что через несколько лет после старта «Вояджерам» не хватит энергии солнечных панелей для работы всех систем. Поэтому каждый из аппаратов оснащен сразу тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами, мощность которых на момент запуска составляла 470 Ватт. Сейчас из-за полураспада мощность уже ниже — около 300 Ватт. С течением времени она будет падать. Считается, что уже через несколько лет получаемой зондами энергии будет не хватать для нормальной работы, так что системы продолжат путь в радиомолчании.

Конструкция устройств также предусматривает наличие трех типов компьютеров. Первый служит для управления научными инструментами и приборами, второй — управляет полетами, третий — командный. Для резервирования компьютеров каждого типа установлено по два.

Работа над созданием «Вояджера» продолжается (9 июля 1976), НАСА

Весточка Земли

40 лет назад конструкторы, которые разрабатывали зонды, захотели связаться с инопланетным разумом. Авторы проекта заложили в аппараты весточку от землян.

Главное, что хотели указать ученые в сообщении — местоположение Земли. Это и было сделано путем создания специфической карты, где основные ориентиры — это пульсары. Всего их четырнадцать, и каждый обладает уникальными характеристиками. Инопланетной цивилизации, которая сможет перехватить «Вояджер» (любой из них) об особенностях пульсаров должно быть известно. Каждый из них существует миллионы лет, так что это достаточно надежный маяк, который будет работать еще очень долго. Инопланетный разум сможет понять, где находится Земля и через миллион лет. Возможно, некоторые пульсары могут существовать несколько миллиардов лет. Все они быстро вращаются, плюс имеют уникальный «профиль» импульсов электромагнитного излучения. Задержка между импульсами тоже уникальна. В итоге пульсары решили считать «космическими маяками», и составить карту на основе именно пульсаров.

Длина линий, которые соединяют каждый пульсар с Солнцем (это центральный элемент на карте) показывают, насколько далеко каждый из них находится от нашей звезды. Скорость вращения пульсаров записана в бинарном коде, так что все данные удалось сократить всего до 12 символов. Помимо местоположения Земли, карта способна дать понимание того, когда был запущен зонд.

Информация, о которой идет речь, была записана на золотых пластинах. Автором карты является Фрэнк Дрейк. Его дочь, Кетрин Деннинг, говорит, что ученые во время подготовки карты и изготовления золотых пластин не особо спорили на тему возможных рисков контакта с «братьями по разуму». Сейчас, кстати, Деннинг занимается изучением плюсов и минусов отправки сообщений внеземным цивилизациям. Что характерно, сейчас все больше специалистов, не говоря уж об обычных людях, считают, что не стоит пытаться быть услышанными — лучше, как и раньше, просто слушать космос в поисках «родственников».

«Вояджеры» — угроза Земле?

Как уже говорилось выше, все больше людей сейчас склоняется к мысли, что «Вояджеры» представляют собой угрозу для человечества, поскольку они несут информацию о точном местоположении Земли. Эти данные могут быть использованы инопланетным разумом, например, для нападения на нашу планету.

Почему ученые все же решили отправить карту и золотую пластину, где подробнейшим образом рассказывается о жизни на Земле и человечестве? Фрэнсис Дрейк говорит, что когда были запущены «Вояджеры», то ученые даже не знали, существуют ли другие планеты за пределами Солнечной системы. Точнее, большинство специалистов считали, что конечно, они существуют. Но доказательств этому не было.

Сейчас, благодаря телескопу «Кеплер», ученые уже знают, что экзопланеты — это правило для Вселенной, а не исключение, причем землеподобных планет тоже много. В итоге вполне может быть, что жизнь в космосе — тоже правило, а не исключение.

Но поскольку мы даже не представляем о том, что может быть «по ту сторону космоса», то отправлять какие-либо данные о себе может быть крайне необдуманным поступком. «В те годы почти все люди, с которыми я общался, были оптимистами, считающими, что если инопланетяне и существуют, то они, скорее всего, дружелюбны», — заявил недавно Дрейк. «Никто не думал о том, что то, чем мы занимаемся, может быть попросту опасным».

Тем не менее, тот же Дрейк считает, что вероятность того, что карты на борту зондов попадут к внеземной цивилизации, крайне мала. «Они движутся со скоростью более 10 километров в секунду. При этой скорости аппараты смогут добраться до ближайшей звезды лишь через полмиллиона лет, затем еще полмиллиона понадобится для того, чтобы прибыть к другой звезде. И понятно, что они не направлены к конкретному светилу. Они просто летят туда, куда их направили».

Если уж инопланетяне и обнаружат Землю, считает ученый, то по радиошуму и другим признакам существования на планете цивилизации. А вот зонды, скорее всего, будут лететь в тишине Вселенной вечно, оставаясь незамеченными в течение миллионов лет.

Пока аппараты продолжают работать, а значит, они до сих пор присылают на Землю ценнейшие данные о том, что представляет собой дальний космос.

Так что «Вояджеры» — все же благо, а не зло. Они принесли огромную пользу, а вред послания человечества вряд ли возможен.

«Вояджер-2» показал, как устроена граница Солнечной системы

Американский космический аппарат «Вояджер-2» теперь уже официально покинул пределы Солнечной системы. Сделав тщательный анализ данных, ученые подтвердили, что, как и его предшественник «Вояджер-1», «Вояджер-2» в настоящее время оказался вне так называемой гелиопаузы, своеобразного «щита», состоящего из заряженных частиц и магнитного поля, созданных Солнцем, и движется в межзвездном пространстве прочь от Солнца.

Американские астрономы опубликовали сразу пять научных статей в журнале Nature Astronomy, подтверждающие, что «Вояджер-2» покинул пределы Солнечной системы 5 ноября 2018 года,

когда расстояние от него до Солнца составляло 119 астрономических единиц (расстояний от Земли до Солнца) или 17,8 млрд километров.

Каждая из пяти статей детализирует результаты пяти научных приборов, остающихся работающими на борту зонда: датчик магнитного поля, два инструмента для регистрации высокоэнергетических частиц и два прибора для изучения космической плазмы. Все эти данные помогли построить полную картину области пространства, где заканчивается физическое влияние Солнца и начинается межзвездная среда.

Гелиосфера, окружающая Солнечную систему, чем-то напоминает корабль, движущийся в межзвездной среде, она поджата в направлении собственного движения. И сама гелиосфера, и межзвездная среда заполнены плазмой – атомами, лишенными электронов. Правда, плазма внутри гелиосферы более горячая и рассеянная, плазма вне нее более холодная и плотная. В межзвездном пространстве также распространяются космические лучи из заряженных частиц, ускоренных до высоких энергий. Ранее результаты «Вояджера-1» показали, что гелиосфера защищает Землю от 70% этого губительного излучения.

Когда «Вояджер-2» покинул Солнечную систему, два его прибора показали неожиданные результаты – количество «солнечных» заряженных частиц резко упало, а число межзвездных частиц, имеющих более высокие энергии, возросло.

В этот момент и стало ясно, что аппарат действительно вышел в межзвездное пространство.

«Вояджер-1» первым покинул пределы Солнечной системы в 2012 году, до этого ученые не знали, как далеко от Солнца находится эта граница. Оба аппарата покинули Солнечную систему, двигаясь в разных направлениях, и в разное время 11-летнего солнечного цикла, в течение которого наша звезда испытывает высокие и низкие периоды активности. Ученые подозревали, что гелиопауза, находящаяся на границе гелиосферы и межзвездного пространства, может двигаться в такт Солнечной активности подобно легкому, которое то сдувается, до набирает объем. С этим по-видимому и связано то, что оба аппарата пересекли границу на разных расстояниях от Солнца.

Плазма

В настоящее время оба зонда подтвердили, что летят в плазме, куда более холодной и плотной, чем ранее. В 2012 году «Вояджер-1» заметил, что сразу после пересечения границы несмотря на снижение этого параметра плотность плазмы была слегка выше предполагаемой, это указывало на то, что плазма в этой области чем-то сжимается. Аналогичный эффект заметили и приборы «Вояджера-2» — ученые пока не полностью понимают механизм этого явления.

Утечка частиц

Один из приборов второго «Вояджера» уловил небольшой поток заряженных частиц, прорывающихся сквозь гелиосферу из Солнечной системы в межзвездную среду. Первый зонд таких утечек не фиксировал, ученые связывают различия в том, что оба аппарата пересекают границу в разных направлениях, и место пролета второго «Вояджера» оказалось более «пористым».

Магнитная аномалия

Данные с «Вояджера-2» подтвердили неожиданные результаты, показанные его предшественником семь лет назад: линии магнитного поля за границей гелиопаузы параллельны силовым линиям внутри гелиосферы. Имея данные лишь с одного аппарата ученые не могли подтвердить, является ли эта особенность правилом для всей Солнечной системы, или линии совпали случайно. Теперь же данные с обоих зондов позволяют утверждать, что такое расположение линий магнитного поля закономерно для всей границы Солнечной системы.