По следам одной аномалии: загадка блуждающих спутников. Созданные человеком объекты, навсегда покидающие солнечную систему Пионер 10 где он сейчас

"Пионер-10" - беспилотный космический аппарат НАСА, предназначенный, главным образом, для изучения Юпитера. Это был первый аппарат, пролетевший мимо Юпитера и сфотографировавший его из космоса.

Масса аппарата составляла 260 кг, в том числе 30 кг научных приборов; высота - 2,9 м, максимальный поперечный размер (диаметр отражателя стронаправленной антенны) - 2,75 м.

В качестве источника питания были выбраны четыре радиоизотопных генератора (РИГ) SNAP-19 на плутонии-238, изготовленные компанией Teledyne Isotopes из топливных дисков Лос-Аламосской лаборатории, с суммарной мощностью 155 Вт в начале полета и 140 Вт к моменту прилета к Юпитеру. Для питания систем КА было нужно 100 Вт, для научной аппаратуры - еще 26 Вт. Избытком мощности заряжали серебряно-кадмиевую аккумуляторную батарею либо излучали его через радиатор. Чтобы РИГ создавали как можно меньшие помехи научной аппаратуре, их установили на концах двух штанг, отводимых в сторону от корпуса на 3 м после отделения КА от носителя. На третьей штанге длиной 6.6 м разместили датчик магнитометра.

Система ориентации и стабилизации включала датчик звезды Канопус и два солнечных датчика в качестве измерительных средств. Из шести сопел два смотрели вдоль оси КА вниз, два вверх и два - по касательной к окружности антенны LGA. Никакого компьютера на борту не предусматривалось. В принципе бортовые ЭВМ к моменту создания КА Pioneer 10 уже существовали, но они были еще слишком велики и тяжелы. Отсутствие компьютера автоматически означало необходимость выдачи с Земли большого количества команд, и в основном в реальном времени. Если, конечно, считать таковым радиообмен с Юпитером: 45 минут "туда", 45 "обратно".

На космический корабль была установлена параболическая антенна диаметром 2.74 метров и глубиной 46 см.

Герметичная камера аппарата представляла собой шестигранник глубиной 36 см, каждая сторона которого 71 см в длину. К каждой стороне был присоединен модуль, предназначенный для определенного научного эксперимента.

Так же были установлены:

Антенна с высоким коэффициентом усиления;
- антенна со средним коэффициентом усиления;
- всенаправленная антенна;

Радиосистема КА включала, помимо трех упомянутых антенн, два передатчика мощностью 8 Вт на лампах бегущей волны с частотой 2292 МГц (диапазон S) и два приемника на частоте 2110 МГц. Любой передатчик можно было подключить к антенне HGA либо к паре MGA/LGA. Бортовой блок цифровой телеметрии мог готовить данные в 13 разных форматах (с возможностью определения и коррекции сбойных битов) для сброса со скоростью от 16 до 2048 бит/с. Самая высокая скорость предназначалась для начального этапа полета при приеме на 26-метровую антенну; прием от Юпитера велся уже на 64-метровую антенну со скоростью 1024 бит/с. Для временного хранения информации на борту служило запоминающее устройство емкостью 49152 бит.

По командной радиолинии со скоростью 1 бит/с можно было передать 222 разных команды - из низ 149 для управления системами КА и 73 для управления научной аппаратурой. Два декодера и блок распределения команд определяли достоверность каждой команды и ее адресата. Так как команда состояла из 22 бит, на ее прием на борту требовалось 22 секунды. Поэтому аппарат имел и программную память - на пять команд, которые могли быть выполнены друг за другом с заданными временными интервалами. Чтобы обеспечить заданную продолжительность работы КА - 21 месяц, разработчики максимально упростили борт за счет усложнения наземной части. Главные компоненты задублировали, остальные ставили на борт только при наличии опыта использования в космосе.

15 февраля 1973 г., на расстоянии 3.7 а.е. от Солнца, Pioneer 10 вышел из пояса астероидов неповрежденным и приблизился к Юпитеру.

В гравитационном поле газового гиганта станция получила скорость, достаточную для ухода из Солнечной системы. В результате в феврале 1976 г. Pioneer 10 пересек орбиту Сатурна, 11 июля 1979 г. - орбиту Урана и 13 июня 1983 г. - орбиту Нептуна в 30.28 а.е. от Солнца, все еще имея скорость 13.66 км/с. За следующие 20 лет аппарат ушел еще на 50 а.е., продолжая измерения космических лучей и солнечного ветра в той области, что сейчас известна как пояс Койпера.

Различные эксперименты проводились до тех пор пока не отказывало оборудование и пока хватало мощности аппарата. В 1989 году был разработан план экономии энергии на Пионере 10, в соответствии с которым приборы для научных экспериментов работали по определенной программе - то отключались, то заново запускались.

Детектор астероидов и метеоритов прекратил работу в 1973, вслед за ним гелиевый векторный магнитометр в ноябре 1975 и инфракрасный радиометр в январе 1974. Детектор метеоритов был выключен в октябре 1980 из-за выхода из строя датчика низких температур. Сенсоры солнечного света пришли в негодность в мае 1986. Фотополяриметр был отключен в октябре 1993 в целях сохранения энергии. Приемник радиоактивных частиц и анализатор плазмы были выключены в ноябре 1993 и сентябре 1995 по той же причине.
В январе 1996 оставшуюся мощность разделили между приемником заряженных частиц (CPI), корпускулярный телескопом (CRT), телескопа Geiger Tube Telescope (GTT) (во время старта мощность генераторов составляла 155 Вт, а теперь она снизилась до 65 Вт) и ультрафиолетовым фотометром.
В августе 2000 года только GTT все еще передавал данные. Правда в дальнейшем телескоп был отключен, чтобы сэкономить энергию для включения двигателей системы ориентации во время предстоящей коррекции траектории.
Ранее было объявлено, что корректировка прошла успешно, однако недавно выяснилось, что зонд не выполнил посланную команду.

Достаточно далеко вылетев за пределы орбиты Плутона, начал испытывать силу неизвестного происхождения, вызывающую очень слабое торможение. Данное явление было названо "эффектом Пионера". Высказывалось много предположений, вплоть до неизвестных пока эффектах инерции или даже времени. Некоторые говорят просто о систематической ошибке измерения.

Исследование Юпитера

В 1973 и 1974 мимо Юпитера прошли "Пионер-10" и "Пионер-11" на расстоянии (от облаков) 132 тыс. км и 43 тыс. км соответственно. В 1973 "Пионер-10" впервые пересек пояс астероидов, исследовав два астероида и обнаружив пылевой пояс ближе к Юпитеру. В декабре 1973 аппарат пролетел на расстоянии 132 тыс. км от облаков Юпитера. Были получены данные о составе атмосферы Юпитера, уточнена масса планеты, измерено её магнитное поле, а также установлено, что общий тепловой поток от Юпитера в 2,5 раза превышает энергию, получаемую планетой от Солнца.

Помимо Большого Красного Пятна, размеры которого превышают диаметр нашей планеты, обнаружено белое пятно поперечником более 10 тыс км. Инфракрасный радиометр показал, что температура внешнего облчного покрова составляет 133 K (-140 C). Было обнаружено также, что Юпитер излучает в 1,6 раза больше тепла, чем получает от Солнца.

Притяжение Юпитера сильно изменило траекторию полета аппарата. "Pioneer 10" стал двигаться по касательной к орбите Юпитера, удаляясь от Земли почти по прямой. Интересно, что шлейф магнитосферы Юпитера был обнаружен за пределами орбиты Сатурна.

"Пионер-10" также позволил уточнить плотность 4-х крупнейших спутников Юпитера.

Аппарат передал несколько сот снимков (невысокого разрешения) планеты и галилеевых спутников.
"Пионер 10" обнаружил интенсивное излучение, исходящее от Юпитера, огромное магнитное поле, предполагающее наличие проводящей ток жидкости в недрах планеты.
Радиоизмерения указывали высоту ионосферы спутника Ио от 50 до 100 км над поверхностью. Никто не предполагал увидеть ее на высоте 900 км над Ио. Различия между показаниями Пионера и Галилео указывают на то, что атмосфера и ионосфера Ио изменяются в зависимости от вулканической активности Ио. Гравитационное поле Ио, видимо, позволяет невидимому газу, выброшенному из вулканов, достигать чрезвычайных высот по сравнению с низкими высотами, достигаемыми пылью и другими вулканическими выбросами, которые отражают солнечный свет и могут быть видны на фотографиях.
"Пионер-10" и "Пионер-11" сфотографировали Ганимеда с близкого расстояния, причём были обнаружены устойчивые тёмные и светло-зеленые образования. Увеличение концентрации астероидных частиц было замечено лишь однажды - в течение недели на отметке 2.7 а.е. от Солнца, а в среднем их количество оказалось намного меньше ожидаемого: если за март-июнь в датчики КА попала 41 пылевая частица,то за июнь-октябрь 1972 г. - 42. Pioneer 10 доказал, что пояс астероидов практической опасности не представляет; зато он обнаружил пылевой пояс значительно ближе к Юпитеру. 6 ноября с расстояния 25 млн км начались опытные съемки Юпитера фотополяриметром, а 8 ноября станция пересекла орбиту Синопе, самого далекого спутника планеты. Начался 60-суточный период пролета, за время которого на борт было передано около 16000 команд. 26 ноября аппарат пересек ударную волну на границе магнитосферы Юпитера (вдвое снизилась скорость солнечного ветра, в 10 раз подскочила энергия частиц), а 27 ноября прошел магнитопаузу. 29 ноября он миновал все внешние спутники и вступил во внутреннюю область системы Юпитера.

Регулярная съемка Юпитера началась 26 ноября. Специальная наземная система преобразовывала отдельные сканы фотополяриметра IPP, полученные при вращении аппарата, в серию снимков планеты. Они приходили в двух цветовых диапазонах - синем и красном, из которых сначала искусственно синтезировался "зеленый" кадр, а затем цветной снимок. Изображения, принятые в течение суток до пролета и суток после него, были более детальными, чем доступные с земных елескопов. Всего с борта было принято более 500 снимков. Чтобы во время пролета обезопасить аппарат от выполнения случайных команд, вызванных радиацией вблизи Юпитера, на борт раз в несколько минут отправлялась "лечебная" посылка; кроме того, спец командная последовательность немедленно восстанавливала работу фотополяриметра в случае сбоя. Такие сбои начались на расстоянии в 9 радиусов планеты и произошли 10 раз; были потеряны несколько близких планов Юпитера и единственный запланированный кадр Ио. Не будь этого сбоя, вулканы Ио могли быть обнаружены на 7 лет раньше!

Последний снимок Юпитера на подлете Pioneer 10 сделал с расстояния 203000 км, а первый на отлете - удалившись уже на 504000 км. Станция также провела съемку Европы и Ганимеда, хотя и с невысоким разрешением. В ходе радиозатмения Ио было обнаружено, что этот спутник имеет слабую атмосферу высотой до 115 км и ионосферу, простирающуюся на 700 км, а вдоль орбиты Ио имеется водородное облако. Аппарат провел первые прямые измерения магнитного поля Юпитера, характеристик заряженных частиц, составил тепловую карту планеты, определил состав верхней атмосферы. Планета оказалась чуть тяжелее, чем давали астрономические расчеты, примерно на массу земной Луны, и Pioneer 10 пришел к цели на минуту раньше расчетного времени. 4 декабря 1973 г. в 02:25 UTC станция прошла на высоте 132252 км над границей облаков Юпитера на фантастической скорости - 36.7 км/с. Высота пролета была выбрана с целью разведки радиационной обстановки.

Было проведено 15 экспериментов для изучения межпланетных и планетарных магнитных полей, параметров солнечного ветра, космических лучей, переходную область гелиосферы, области нейтрального [неионизированного] водорода, распределения масс, размеров, потоков и скорости частиц пыли, полярных сияний и радиоизлучений Юпитера, атмосферы планеты и ее спутников, в особенности Ио. Было получено много фотографий Юпитера и его спутников.

При достижении 1-й космической скорости объект выйдет на замкнутую орбиту вокруг небесного тела и останется там. При достижении 2-й космической скорости объект сможет преодолеть гравитационное притяжение этого тела и отправиться к другим планетам. При достижении же 3-й космической скорости, объект сможет навсегда покинуть Солнечную систему и отправиться к звездам...

К настоящему моменту таких объектов немного - лишь пять аппаратов достигли 3-й космической скорости и трудно сказать, когда этот список может быть пополнен. Если на Земле случится какая-то глобальная катастрофа, то возможно что эти аппараты останутся единственным доказательством существования человеческой цивилизации.

Пионер-10 и Пионер-11

Итак. первым космическим аппаратом достигшим достаточной скорости чтобы навеки покинуть Солнечную систему стал Пионер-10 . Запущенный в марте 1973 года, он прошел по пролетной траектории вблизи Юпитера после чего направился в сторону созвездия Тельца. Связь с Пионером-10 была потеряна в 2003 году, сейчас он находится на расстоянии 108 а.е. от Солнца и продолжает удаляться от нас со скоростью 2.536 а.е. в год. Предполагается, что через 2 миллиона лет Пионер-10 может пройти вблизи одной из звезд входящих в рассеянное скопление Гиады (где кстати находится Альдебаран).

Вторым аппаратом стал Пионер-11 , который был запущен в апреле 1973 года. После изучения Юпитера, аппарат был отправлен к Сатурну, что первоначально не входило в планы NASA - коррективы были внесены уже во время полета. После прохождения в 1979 вблизи Сатурна, никаких дальнейших коррекций курса не производилось и аппарат отправился в вечное путешествие по направлению к созвездию Орла. Связь с аппаратом была потеряна в 1995 году. Сейчас он находится на расстоянии 88 а.е. от Солнца и продолжает ежегодно увеличивать его на 2.396 а.е., что делает его самым медленным из всей "пятерки". Предполагается, что примерно через 4 миллиона лет Пионер-11 может приблизиться к какой-то из звезд созвездия.

По настоянию Карла Сагана , незадолго до запуска на борт Пионеров была помещена алюминиевая пластинка с символьной информацией о Земле, её местоположении (для получения метрических и временны́х единиц на пластинке, воспроизведена схема излучения атома водорода, а также карта пульсаров, на которой помечено положение Солнца в Галактике), и схематичным рисунком человека на фоне аппарата, чтобы гипотетические пришельцы смогли лучше представить себе масштабы.

Пластинка прикрепленная к Пионеру

Что интересно, впоследствии авторы послания подверглись шквалу критики. Их обвиняли в расизме (ведь на картинке изображены белые люди), порнографии (ведь люди на картинке голые - изображение женщины кстати отцензурировали, лишив черточки обозначавшей вульву), в том, что пришельцы не смогут его прочесть, в том что не смогут понять смысл приветственного жеста мужчины на рисунке, и в конце концов в том, что не стоит отправлять такую информацию в космос, ибо это может быть опасно.

Собственно, тот самый выгравированный на пластинке рисунок

Стоит отметить, что на табличке нарисованы 9 планет солнечной системы (ведь тогда Плутон еще считался планетой), а в случае с Пионером-11 его траектория указана неверно. Ведь как уже говорилось, маневр к Сатурну не был запланирован, и в реальности аппарат покинул Солнечную систему по траектории, фактически противоположной указанной.

И тем не менее, случись что с Землей, и возможно эти пластинки все, что будет напоминать о нашем существовании. Кстати, Джеймс Ван Аллен в своей автобиографии в шутливой форме признавался, что незадолго до запуска намеренно оставил отпечатки своих пальцев на корпусе Пионера-10 в надежде что они еще миллионы лет будет кружить вокруг центра нашей галактики и возможно даже переживут Солнце.

Вояджер-1 и Вояджер-2

Третьим и четвертым аппаратами набравшими 3-ю космическую скорость стали знаменитые Вояджеры. Запущенные в 1977 году, они вначале изучали Юпитер и Сатурн. Последней целью Вояджера-1 был Титан - пролетев вблизи спутника, аппарат получил значительный прирост скорости за счет гравитационного поля, что в итоге сделало его самым быстрым из всей пятерки аппаратов. Сейчас Вояджер-1 находится на расстоянии 124 а.е. от Солнца и продолжает ежегодно удаляться от него на 3.593 а.е., двигаясь при этом в том же направлении что и Солнце. В 40 722 году аппарат пройдет на расстоянии 1.7 световых года от красного карлика AC+79 3888.

Что касается Вояджера-2 , то он потерял часть полученной от Сатурна прибавки скорости при пролете Урана, но потом частично компенсировал эти потери за счет гравитационного маневра у Нептуна. Сейчас он находится на расстоянии 102 а.е. от Земли и продолжает ежегодно удаляться еще на 3.253 а.е. За счет большей скорости со временем он обгонит Пионер-10 и станет вторым по удаленности от Солнца космическим аппаратом, но вот Вояджер-1 перегнать ему уже не суждено.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.

Миссия Вояджеров была намного амбициознее, нежели Пионеров. Неудивительно, что в этот раз ученые заранее готовили послание для возможных инопланетян.

На борту каждого из Вояджеров был размещен алюминиевый футляр внутри которого находится покрытая золотом 30 сантиметровая медная пластинка. Вместе с пластинкой в футляр упакованы фонографическая капсула и игла для воспроизведения записи, а на самом футляре выгравирована схема, изображающая установку иглы на поверхности записи, скорость проигрывания и способ преобразования видеосигналов в изображение. Кроме того, как и в случае с Пионерами, на поверхности футляра были указаны галактические координаты Солнца. На самой пластинке записана музыка, звуки Земли, приветствие на 50 языках, а также закодированы 116 изображений . Так как защитники морали и в этот раз не дремали, фотографий обнаженных людей на этих снимках тоже не было.

Слева сам футляр, справа находящаяся в нем пластинка со "Звуками земли". Существует предположение, что в течении миллионов лет космическая пыль так сильно повредит ее, что информацию с нее невозможно будет считать. Но уж лучше так, чем вообще ничего не делать.

А вот это инструкции NASA по тому, как надо расшифровывать изображение на футляре

Новые горизонты

И наконец, последним аппаратом достигшим к этому моменту 3-й космической скорости стал зонд Новые горизонты , запущенный в 2006 году для изучения Плутона. Поскольку его миссия еще продолжается и возможны коррекции курса, точная траектория по которой аппарат покинет Солнечную систему и его конечная скорость еще неизвестны. Понятно лишь, что скорость Новых горизонтов будет выше чем у Пионеров, и меньше чем у Вояджеров - а значит в списке самых удаленных рукотворных объектов от Земли он займет почетное третье место.

По каким-то причинам, в этот раз NASA решило не оставлять никаких посланий, адресованных внеземным цивилизациям. Но на борт аппарата все же попало несколько сувениров - два американских флага, две монеты, два компакта-диска на котором записаны имена 434 738 человек, участвовавших в акции «Send Your Name to Pluto», почтовая марка, кусочек первого частного космического корабля SpaceShipOne и капсула с частицей праха первооткрывателя Плутона Клайда Томбо . Если в будущем какие-то разумные особи перехватят аппарат, то вероятно они будут долго ломать голову над предназначением этих предметов.

Схематичное изображение траекторий всех пяти аппаратов, покидающих пределы Солнечной системы

Хочется отметить еще один любопытный факт - пока что возможности земной техники не позволяют достигнуть 3-й космической скорости при старте с Земли. Каждый из этой пятерки аппаратов добирал недостающую скорость за счет гравитационного маневра у Юпитера, который может дать приращение скорости до 40 км/с.

Другие объекты покидающие Солнечную систему

Завершая этот мини-обзор, необходимо упомянуть, что помимо данной "пятерки", существует еще одна группа объектов, которым суждено навсегда покинуть Солнечную систему. Речь идет о последних ступенях ракет носителей, выводивших все эти аппараты в космос. Так как они двигались по примерно таким же траекториям, что и сами корабли, то предполагается что пройдя возле Юпитера эти ступени достаточно ускорились, чтобы этого хватило для достижения 3-й космической скорости. Единственным исключением является последняя ступень ракеты, отправившей в космос Пионер-11, которая согласно расчетам должна была просто выйти на гелиоцентрическую орбиту.

Поневоле можно задаться вопросом - если в нашей галактике существуют другие разумные виды, которым суждено найти оставленные человечеством артефакты, то что из всего этого будет найдено с большей долей вероятности? И с другой стороны, если мы сами найдем артефакты внеземного происхождения, то чем они будут - какой-то сложной и продвинутой техникой, содержащей указания на то, кто ее создал или же просто космическим мусором? И не существуют ли у потенциальных пришельцев аналогов наших блюстителей морали, решающих за другие разумные виды что может считаться непристойностями и что не следует отправлять в космос?

С момента первых практических полетов ракет в космос, за пределы Земли было доставлено свыше 3 тысяч объектов различного назначения, и лишь 5 аппаратов направляются далеко за пределы Солнечной системы. Речь идет о легендарных зондах, совершивших в свое время, уникальные открытия в области астрономии. Аппараты: Вояджер 1 и 2, Пионер 10 и 11, Новые Горизонты. Им удалось во всех деталях показать нам миры с расстояния вытянутой руки, которые раньше представлялись нам мерцающими крошечными точками в небе. Мы отлично помним о совершенной ими титанической работе в прошлом, но по большей части мы совершенно не в курсе, где эти аппараты находятся сегодня, а ведь некоторые из них функционируют и передают данные до сих пор.

Пионер-10

Этот зонд полностью оправдывает свое название «Пионер». Запущенный в далеком 1972 году, он был первым во многом, но самым главным его достижением было преодоления силы гравитации , за счет маневра у .

Пионер-10 стал первым аппаратом, направившийся в межзвездное пространство, неся на своем борту первое «вещественное» послание внеземным цивилизациям.

Сегодня (зима 2017 года), Пионер 10 находиться на расстоянии 115 а. е. от Земли. Космическое агентство НАСА еще в середине 90-х годов потеряло всякий контроль над аппаратом, но ответный сигнал об активном состоянии бортового компьютера Пионера продолжал улавливаться на Земле еще вплоть до лета 2003 года.

Считается что и сейчас корабль имеет слабое питание компьютера, и исправный передатчик, но мощности сигнала радиостанции недостаточно чтобы даже самая большая антенна на Земле смогла его «услышать». Проще говоря, у Пионера-10 просто сели батарейки.

Пионер-11

Следующий аппарат, той же серии, был отправлен к , для изучения планеты, его колец и спутников. Корабль передал массу снимков не только Сатурна, но и транзитного для его полета — Юпитера. После чего, Пионер-11 был выброшен в открытый космос силами «гравитационной рогатки» планет гигантов.

Сейчас Пионер-11 находиться на расстоянии 105 а. е. от Земли. Последний успешный радиообмен с зондом был произведен в 1995 году, но из-за того, что передающая тарелка Пионера-11 со временем утратила точную ориентацию на Землю, дальнейшая передача сигнала стала невозможной. Как и Пионер-10, Пионер-11 скорей всего находиться в рабочем состоянии, и продолжает передавать слабый сигнал (отчет о работе бортового компьютера) мимо Земли за пределы солнечной системы.

Вояджер-1

Самый дальний от нашей планеты объект искусственного происхождения. Сейчас Вояджер-1 находиться на расстоянии 142 а. е. от Земли. Аппарат и сегодня имеет прямую связь с Землей, однако некоторая часть оборудования корабля за 38 лет полета вышла из строя, вполне возможно следствием этого могли стать мощные столкновения зонда с космической пылью.

Вояджер-1 настолько удалился от Солнца, что будь у него возможность оглянуться назад, и наше родное светило выглядело как яркая звезда, не дающая аппарату практически никакого тепла. Вояджер-1 сейчас находиться в практически полной темноте, температура за бортом приближается к температуре реликтового излучения и на данный момент составляет не более 12 Кельвинов. Хотя Вояджер-1 формально покинул известную нам Солнечную систему, однако на него все еще оказывает влияние гравитация Солнца, то есть аппарат может «встречается» с объектами, вращающимися вокруг Солнца. А вот микроскопическое вещество, окружающее Вояджер-1 уже, имеет мало общего с нашей Системой и является частью межзвездной среды – продуктом других звезд и газопылевых облаков.

Вояджер-2

Наверное, самый удачный космический зонд, который был отправлен человеком для изучения Солнечной системы. Вояджер посетил сразу 4 планеты, открыл множество новых объектов и с огромной скоростью вылетел за пределы системы Солнца.

Сейчас Вояджер-2 находится на расстоянии 120 а. е. от Земли. Его оборудование полностью исправно, хотя находиться в режиме пониженного потребления энергии бортовых реакторов. Примерно один раз в год, производиться сеанс связи с аппаратом. Вояджер-2 продолжает отвечать на любую команду с с задержкой сигнала более 23 часов. Ожидается, что до момента критического исчерпания уровня генерации тока, оба Вояджера еще около 10 лет смогут держать связь с Землей.

Покинуть Солнечную систему и улететь к звездам очень сложно. Сначала, истратив немало топлива, надо взлететь над Землей в космос. При этом ваша скорость относительно Земли может оказаться нулевой, но если вы взлетели вовремя и в нужном направлении, то относительно Солнца вы будете лететь вместе с Землей, с ее орбитальной скоростью относительно Солнца 30 км/с.

Вовремя включив дополнительный двигатель и увеличив скорость еще на 17 км/с относительно Земли, относительно Солнца вы получите скорость 30 + 17 = 47 км/с, которая называется третьей космической. Она достаточна, чтобы безвозвратно покинуть Солнечную систему. Но топливо для рывка в 17 км/с доставлять на орбиту дорого, и ни один космический аппарат до сих пор не развивал третью космическую скорость и не покидал Солнечную систему таким способом. Самый быстрый аппарат «Новые горизонты» полетел к Плутону, включив дополнительный двигатель на орбите Земли, но развил скорость только в 16,3 км/с.

Более дешевый способ покинуть Солнечную систему - разогнаться за счет планет, сближаясь с ними, используя их как буксиры и постепенно наращивая скорость около каждой. Для этого нужна определенная. конфигурация планет - по спирали - чтобы, расставаясь с очередной планетой, лететь именно к следующей. Из-за медлительности самых далеких Урана и Нептуна такая конфигурация возникает редко, примерно раз в 170 лет. Последний раз Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун выстроились в спираль в 1970-е годы. Американские ученые воспользовались этим построением планет и отправили за пределы Солнечной системы космические аппараты: «Пионер-10» (Pioneer 10, стартовал 3 марта 1972 года), «Пионер-11» (Pioneer 11, стартовал 6 апреля 1973), «Вояджер-2» (Voyager 2, стартовал 20 августа 1977) и «Вояджер-1» (Voyager 1, стартовал 5 сентября 1977).

Все четыре аппарата к началу 2015 года удалились от Солнца на границу Солнечной системы. «Пионер-10» имеет скорость 12 км/с относительно Солнца и находится от него на расстоянии около 113 а. е. (астрономических единиц, средних расстояний от Солнца до Земли), что составляет приблизительно 17 млрд км. «Пионер-11» - со скоростью 11,4 км/с на расстоянии 92 а.е., или 13,8 млрд км. «Вояджер-1» - со скоростью около 17 км/с на расстоянии 130,3 а.е., или 19,5 млрд км (это самый далекий от Земли и Солнца объект, созданный людьми). «Вояджер-2» - со скоростью 15 км/с на расстоянии 107 а. е„ или 16 млрд км. Но до звезд этим аппаратам лететь еще очень далеко: соседняя звезда Проксима Центавра находится дальше аппарата «Вояджер-1» в 2 000 раз. И не забывайте, что звезды маленькие, а расстояния между ними большие. Поэтому все аппараты, не запущенные специально к конкретным звездам (а таких пока нет), вряд ли вообще когда-нибудь пролетят рядом со звездами. Конечно, по космическим меркам «сближениями» можно считать: пролет «Пионера-10» через 2 миллиона лет в будущем на расстоянии несколько световых лет от звезды Альдебаран, «Вояджера-1» - через 40 тысяч лет в будущем на расстоянии двух световых лет от звезды АС+79 3888 в созвездии Жирафа и «Вояджера-2» - через 40 тысяч лет в будущем на расстоянии двух световых лет от звезды Росс 248.

Важно знать:

Третья космическая скорость - минимальная скорость, которую надо придать объекту около Земли для того, чтобы он покинул Солнечную систему. Равна 17 км/с относительно Земли и 47 км/с относительно Солнца.

Солнечный ветер - поток энергичных протонов, электронов и других частиц от Солнца в космическое пространство.

Гелиосфера - область пространства около Солнца, где солнечный ветер, двигаясь со скоростью порядка 300 км/с, является наиболее энергичной составляющей космической среды.

Все, что мы знаем о космосе за пределами Солнечной системы, мы узнаем, анализируя излучение (свет) и гравитацию космических объектов. При этом приходится делать много допущений. Например, массу черной дыры мы определяем, предполагая массы кружащих вокруг нее звезд. Их массы предполагаем, считая, что эти звезды похожи на Солнце.

«Пионеры» и «Вояджеры» - единственные пока эксперименты безо всяких допущений, организованные нами на краю (а в будущем - и за пределами) Солнечной системы. Прямой эксперимент - это совсем другое дело! Мы знаем массы этих аппаратов - мы их изготовили, поэтому мы точно вычисляем массу любого объекта, который влияет на аппараты. Вы скажете: «Таких нет, аппараты летят в межпланетной и межзвездной пустоте». Но оказалось, что это не пустота: даже пылинки, стучащие по аппаратам, существенно меняют их траекторию. В уникальных экспериментах всегда много мистики, ее полно и в истории «Пионеров» и «Вояджеров».

Первая странность: 15 августа 1977 года, за несколько дней до запуска максимально далеких аппаратов, был пойман самый загадочный радиосигнал «Wow!». Может быть, с его помощью инопланетяне сообщили друг другу о важном событии - готовящемся выходе людей за пределы Солнечной системы?

Каких успехов достигли «Вояджер» и «Пионер» в пути на край Солнечной системы

По дороге на край Солнечной системы «Пионер-10» исследовал астероиды и стал первым аппаратом, пролетевшим около Юпитера. И сразу озадачил ученых: энергия, излучаемая Юпитером в космос, оказалась в 2,5 раза больше энергии, получаемой Юпитером от Солнца. А крупнейшие спутники Юпитера оказались состоящими не из камней, а преимущественно изо льда. После 2003 года связь с «Пионером-10» потеряна. «Пионер-11» также исследовал Юпитер, а затем стал первым космическим аппаратом, исследовавшим Сатурн. В 1995 году связь с «Пионером-11» потеряна.

Аппараты «Вояджер » работают до сих пор и сообщают ученым о состоянии космоса вокруг них. После 37 лет полета! Это также можно считать мистикой, поскольку никто не рассчитывал на столь долгую работу: пришлось даже перепрограммировать счет времени внутри бортовых компьютеров «Вояджеров» - он не был рассчитан на даты после 2007 года. Внутри аппаратов энергию вырабатывают радиоизотопные генераторы, использующие ядерную реакцию распада плутония-238 - как в атомных электростанциях. Этой энергии должно хватить еще на десятки лет.

Основная аппаратура оказалась надежнее, чем предполагали создатели. Главная проблема - угасание радиосигналов связи с удалением аппаратов. Сейчас сигнал от аппаратов до Земли идет (со скоростью света) более 16 часов! Но антенны дальней космической связи, гигантские «тарелки» размером почти с футбольное поле, умудряются ловить сигналы «Вояджеров». Мощность передатчика «Вояджера» 28 Вт, примерно в 100 раз мощнее мобильного телефона. А падает мощность сигнала пропорционально квадрату расстояния. Легко сосчитать, что слышать сигнал «Вояджеров» - это как слышать мобильник с Сатурна (безо всяких станций сотовой связи!).

По пути на край Солнечной системы «Вояджеры» пролетели мимо Юпитера и Сатурна и получили детальные снимки их спутников. «Вояджер-2» пролетел, кроме того, мимо Урана и Нептуна, став первым и единственным пока аппаратом, посетившим эти планеты. «Вояджеры» подтвердили загадки, открытые «Пионерами»: многие спутники Юпитера и Сатурна оказались не только ледяными, но и, видимо, содержащими водоемы подо льдом.

Граница Солнечной системы

Границу Солнечной системы можно определять по-разному. Гравитационная граница проходит там, где притяжение Солнца уравновешивается притяжением Галактики - на расстоянии примерно 0,5 парсека, или 100000 а.е. от Солнца. Но изменения начинаются гораздо ближе. Мы точно знаем, что дальше Нептуна нет больших планет, но есть множество карликовых, а также кометы и прочие малые тела Солнечной системы, состоящие в основном изо льда. Видимо, на расстоянии от 1000 до 100000 а.е. от Солнца Солнечную систему со всех сторон окружает рой комочков снега, комет - так называемое Облако Оорта . Возможно, оно простирается до соседних звезд. И вообще снежинки, пылинки и газы, водород и гелий, вероятно, являются типичными составляющими межзвездной среды. Это значит, что между звездами - не пусто!

Важно знать:

Граница ударной волны - граничная поверхность внутри гелиосферы вдали от Солнца, где происходит резкое замедление солнечного ветра из-за его столкновения с межзвездной средой.

Гелиопауза - граница, на которой солнечный ветер полностью тормозится галактическим звездным ветром и другими компонентами межзвездной среды.

Галактический звездный ветер (космические лучи) - аналогичные солнечному ветру потоки энергичных частиц (протонов, электронов и других), возникающие в звездах и пронизывающие нашу Галактику.

Еще одну границу определяет солнечный ветер, поток энергичных частиц от Солнца: область, где он господствует, называется гелиосферой. Такой ветер создают и другие звезды, поэтому где-то солнечный ветер должен встречаться с налетающим на Солнечную систему объединенным ветром звезд Галактики - галактическим звездным ветром, или по-другому космическими лучами. В столкновении с галактическим звездным ветром солнечный тормозится и теряет энергию. Куда она девается, не совсем ясно. В этом столкновении ветров должны возникать загадочные явления, с которыми в последние годы как раз встречаются аппараты «Вояджер» .

Как и ожидали ученые, на некотором расстоянии от Солнца солнечный ветер начал стихать - это так называемая граница ударной волны, граница гелиосферы. Аппарат «Вояджер-1» пересекал ее несколько раз, т.к. она оказалась очень запутанной. К декабрю 2010 года на расстоянии 17,4 млрд км от Солнца для «Вояджера-1» солнечный ветер стих совершенно. Вместо него почувствовалось мощное дуновение межзвездного, галактического ветра: к 2012 году в 100 раз возросло число электронов, сталкивающихся с аппаратом со стороны межзвездного пространства. Соответственно, проявился мощный электрический ток и создаваемое им магнитное поле. Видимо, «Вояджер-1» достиг гелиопаузы. Однако, вопреки ожиданиям, аппарат обнаруживает не четкую границу двух сталкивающихся потоков частиц, а хаотическое нагромождение огромных пузырей. Потоки частиц на их поверхностях создают мощные электрические токи и магнитные поля.

«Вояджер» и «Пионер» - послания инопланетянам

Все упомянутые аппараты несут послания для инопланетян. На борту «Пионеров» закреплены металлические пластины, на которых схематически изображены: сам аппарат; в том же масштабе - мужчина и женщина; два атома водорода как мера времени и длины; Солнце и планеты (еще включая Плутон); траектория аппарата с Земли мимо Юпитера и своеобразная космическая карта, на которой показаны направления с Земли, 14 пульсаров и центр Галактики. Пульсары, быстро вращающиеся нейтронные звезды, в Галактике довольно редки, а частота их излучения является уникальной характеристикой, своеобразным «паспортом» каждого из них. Эта частота закодирована на табличке «Пионеров». Следовательно, космическая карта с пульсарами однозначно покажет инопланетянам, где в Галактике находится Солнечная система. Более того, со временем частота пульсара меняется вполне закономерно, и, сверив текущую частоту с указанной на карте, инопланетяне смогут определить, сколько времени прошло с момента запуска найденного ими аппарата «Пионер».

На борту аппаратов «Вояджер» установлены золотые пластинки в футлярах. На пластинках записаны звуки Земли (ветер, гром, сверчки, птицы, поезд, трактор и т.д.), приветствия на разных языках (по-русски «Здравствуйте, приветствую вас»), музыка (Бах, Чак Берри, Моцарт, Луи Армстронг, Бетховен, Стравинский и фольклор) и 122 изображения (по математике, физике, химии, планетам, анатомии человека, жизни людей и т. д. - полный список можно найти на сайте НАСА http://уоуаеег.ipl.nasa.gov/spacecraft/goldenrec.html. Прилагается устройство для воспроизведения этих звуков и изображений. На футляре пластинок - рисунок, в котором закодированы: два атома водорода для масштаба времени и длины; та же космическая карта с пульсарами и объяснение, как воспроизвести звуки и изображения.

Аномалия «Пионеров»

В 1997 году, через несколько месяцев после исчезновения сигнала «Пионера-11», один из ученых, анализируя данные, вскочил с кресла с криком: «Нас не пускают за пределы Солнечной системы!». Он обнаружил торможение аппарата после пересечения им орбиты Юпитера. У «Пионера-10» и долетавших до Юпитера аппаратов «Улисс» (Ulysses) и «Галилео» (Galileo) нашли такое же торможение. Только «Вояджеры» торможения не испытывали, поскольку при малейшем отклонении от графика полета разгонялись двигателями. Особый ажиотаж вокруг торможения «Пионеров» поднялся, когда выяснилось, что оно равно постоянной Хаббла, умноженной на скорость света. Выходит, что аппараты теряют энергию (тормозятся) точно так же, как частицы излучения (фотоны). И версия № 1: если фотоны теряют энергию из-за расширения Вселенной, значит, и «Пионеры» по той же причине. Другие объяснения: 2) ученые не учли какой-то вполне прозаичный источник потерь энергии (тогда, правда, совпадение с постоянной Хаббла чисто случайное) или 3) Вселенная наполнена субстанцией, отнимающей энергию при движении сквозь нее как у «Пионеров», так и у фотонов.

По космическим меркам «торможение «Пионеров» - очень маленькая величина: 1/1 ООО ООО ООО м/с2. Каждые сутки аппарат пролетает на 1,5 километра меньше, чем положенный миллион километров! Чтобы это объяснить, ученые 15 лет пытались учесть все остальные потери энергии и вещества, все силы, действующие на аппараты. Но поиски объяснения № 2 провалились. Правда, американский ученый Слава Турищев обнаружил, что тепло рассеивается аппаратами преимущественно в сторону от Солнца, т.е. в тень,- это и является непосредственной причиной торможения «Пионеров». Частица теплового излучения (фотон) имеет импульс, следовательно, покидая объект, излучение создает реактивную тягу в противоположном направлении (на этом основаны проекты аннигиляционных фотонных двигателей для межзвездных ракет). Но загадкой осталось, ЧТО именно заставляет аппараты так рассеивать тепло? И главное - аппараты разной конструкции!

Анализируя, с чем вообще в, казалось бы, пустом космосе взаимодействуют аппараты, ученые обнаружили, что по ним довольно часто стучат космические пылинки и льдинки. Приборы смогли определять направление и силу этих ударов. Оказалось, что Солнечную систему пронизывают мелкие твердые частицы двух сортов: одни летят вокруг Солнца, другие - к Солнцу из межзвездных далей. Именно вторые тормозят космические аппараты. При ударе кинетическая энергия пылинки становится внутренней, т.е.- теплом. Если пылинка остановлена аппаратом (что логично), то весь ее импульс передается аппарату. А ее энергия рассеивается в направлении ее прилета, т.е. в направлении от Солнца. Аппараты зарегистрировали немало ударов сравнительно крупными пылинками - порядка 10 микрон. И для объяснения торможения «Пионеров» им достаточно стукаться о такие пылинки в среднем каждые 10 км пути. Именно такую плотность пыли в межзвездном космосе увидели современные инфракрасные телескопы.

Вообще внешние области Солнечной системы (за Сатурном) оказались запылены, заснежены и загазованы гораздо сильнее, чем внутренние. Около Солнца пылинки, снежинки и газ когда-то слиплись в планеты, спутники и астероиды. Немало вещества осело и на Солнце. Но большинство пылинок, льдинок и атомов газов было изгнано Солнцем на периферию системы. К тому же, на периферию проникает межзвездная пыль, рождающаяся в оболочках других звезд. Значит, за Нептуном и далее в межзвездном и межгалактическом пространстве пылинок, льдинок и газа должно быть еще больше. Вполне возможно, что межзвездная среда, равномерно заполняющая Вселенную, действительно отнимает энергию как у космических аппаратов, так и у фотонов. Основную роль при этом играют крупные (10 микрон) пылинки и льдинки, а также молекулы водорода, которые другим образом себя не проявляют.

Please enable JavaScript to view the

«Пионер 10» - это уникальный космический аппарат разработки НАСА, который обходится без управления человеком. Его масса составляла 260 килограмм, а высота 2,9 - метра. Предназначался он для детального изучения .

"Пионер-10"

Этот аппарат свое название «Пионер» оправдывает на все сто процентов, ведь это первый космический аппарат, который пролетел возле Юпитера настолько близко, что удалось сфотографировать планету. Немного позже он перестал быть единственным, так как появился практически его близнец - «Пионер-11» , который был создан для .

Впервые «Пионер-10» вышел в космос на носителе «Атлас-Центавр» 2-го марта в 1972 году. А уже в 1973 году аппарат в первый раз пересек астероидный пояс. Исследовал парочку астероидов и выявил пылевой пояс около Юпитера. Благодаря тому, что «Пионер-10» пролетел на расстоянии всего лишь 132 тысячи километров от облаков планеты, удалось узнать множество новых фактов о Юпитере. Была установлена точная масса планеты, измерено ее магнитное поле, проведен анализ состава атмосферы, а также было обнаружено, что количество получаемой энергии от Солнца в 2,5 раза уступает общему тепловому потоку Юпитера. «Пионер-10» был полезен не только в исследовании Юпитера, но и его спутников. Для четырех самых крупных «попутчиков» была установлена плотность.

«Межзвездное письмо» «Пионера-10»

На корпусе «Пионера-10» (а позже и «Пионера-11») была установлена пластинка, анодированная золотом алюминия, размером 220 на 152 миллиметра с символистическими данными о человеке, планете Земля и о ее расположении. Автором рисунка женщины и мужчины выступила первая жена Карла Сагана - Линда Саган.

На пластинке были изображены: человеческие фигуры в виде мужчины и женщины, два базовых состояния атома водорода, Солнце и его положение относительно центра Галактики и расстояние до ближайших четырнадцати пульсаров, схематически изображена Солнечная система.

Судьба аппарата

В дальнейшем маршрут «Пионера-10» был довольно насыщенным: в 1976 году пересек , в 1979 году была пересечена орбита Урана, в 1983 году 25-го апреля аппарат прошел орбиту Плутона, который был ближе к Солнцу, чем Нептун. В 1983 году 13-го июня станция пересекла орбиту самой отдаленной в Солнечной системе планеты - Нептуна.

Официальной датой прекращения миссии «Пионера-10» стало 31-е марта 1997 года. На то время он находился от Солнца на расстоянии 67 а.е., но при этом продолжал передавать данные. Последняя информация от аппарата была получена в 2002 году, и с тех пор стоящие сигналы с «Пионера-10» уловить не удавалось. На 2009 год расстояние от Солнца увеличилось до 100 а.е.

17-го февраля 1998 года «Пионер-10» прекратил быть самым отдаленным от планеты Земля космическим аппаратом, его «обошел» «Вояджер-1».

Отдалившись очень далеко от орбиты Нептуна, станция «Пионер-10» стала крайне медленно притормаживать под влиянием силы неизвестного происхождения. Впоследствии это явление было наречено «эффектом Пионера». После многих предположений и доводов было установлено, что причиной ускорения стало ассиметричное тепловое излучение «Пионера-10».

В последний раз был получен тихий сигнал от «Пионера-10» 23-го января 2003 года. На то время он находился в 80 а.е. (12 миллиардах километров) от Земли. Имеется информация, что он устремлен в сторону Альдебарана. Есть мнение, что он достигнет этой звезды через пару миллионов лет, если же, конечно, с ним ничего не произойдет.