Для ЛЛ: наша планета выступила как аналог землеподобных экзопланет (успешно).
Ryder H. Strauss et al. / arXiv, 2024
Астрономы при помощи зонда «Галилео» обнаружили на Земле признаки наличия континентов и океанов, а также нашли кислород в атмосфере планеты. Подобные исследования важны для правильной интерпретации будущих прямых и спектральных наблюдений за экзоземлями, в том числе потенциально обитаемыми. Препринт работы доступен на arXiv.org.
Чтобы проверить методики наблюдений за экзопланетами, можно использовать данные наблюдений за полными дисками планет Солнечной системы, которые будут выступать как аналоги экзопланет. Особую роль среди таких тел занимает Земля как единственный аналог обитаемой экзопланеты, однако у ученых не так часто появляется возможность провести наблюдения всего диска нашей планеты. Обычно этим занимаются межпланетные аппараты, последний раз это делал спектрополяриметр SHAPE, установленный на перелетном модуле индийской лунной миссии «Чандраян-3».
Группа астрономов во главе с Райдером Штраусом (Ryder H. Strauss) из Университета Северной Аризоны опубликовала результаты анализа данных спектрофотометрических наблюдений за Землей, полученных зондом «Галилео» при помощи инструмента SSI и набора узкополосных фильтров во время гравитационных маневров у нашей планеты в 1990 и 1992 годах. Набор фильтров включал в себя фиолетовый, зеленый, красный и четыре ближних инфракрасных фильтра.
Изменчивость кривых блеска всего диска Земли можно объяснить меняющейся погодой и наличием континентов, океанов и облаков на вращающейся планете, а временная динамика цвета приписывается океанам (сдвиг в синюю сторону) или суше и растительности (сдвиг в красную сторону). Снижение отражательной способности при наблюдениях в некоторых инфракрасных фильтрах связывается со слабым поглощением излучения водяным паром и сильным поглощением молекулярным кислородом. Полученные результаты будут использоваться в дальнейшем для проверки трехмерной спектральной модели Земли, создаваемой Виртуальной планетарной лабораторией NASA.
Соотношение яркостей Земли при съемке в фильтрах RED/VIOLET и IR-6560/VIOLET, проведенной при пролете «Галилео» мимо Земли в 1990 году.
Пользуясь уникальным парадом планет-гигантов (случающимся раз в 175 лет), аппаратам Вояджер-1 и Вояджер-2 удалось перевернуть наше представление о Солнечной системе и сделать столько открытий, сколько не удалось сделать ни одному аппарату — ни до, ни после них. На их счету числятся — обнаружение первой молнии и первого вулкана за пределами Земли, обнаружение первого криовулкана и единственного объекта Солнечной системы (не считая Земли), на поверхности которого могут существовать жидкие моря, открытие новых спутников у Юпитера (3), Сатурна (4), Урана (11), Нептуна (6), определение рекордсменов Солнечной системы по силе магнитного поля, скорости ветров, альбедо поверхности, массе среди спутников, открытие границ ударной волны и гелиопаузы у гелиосферы.
Конструкция АМС
Сейчас возможности аппаратов могут вызвать разве что улыбку, но на момент своего создания они были вершиной инженерной мысли — в них впервые стали обширно применяться средства защиты от радиации и электростатических разрядов, у них впервые появилась система автоматической защиты от сбоев, программируемая электроника в системе ориентации, они стали первым "космическим" применением кодов Рида-Соломона и технологии объединения отдельных радиоантенн в массивы. Каждый аппарат содержит около 65 тыс. деталей, а компьютеры внутри аппаратов — около 5 млн. электронных компонентов. На постройку двух Вояджеров ушло 5 лет работы, около 1,5 тыс. инженеров и около 200 млн. $.
По части средств связи аппараты всегда были на переднем крае — именно для них были модернизированы радиоантенны сети дальней космической связи NASA(далее DSN), которыми сейчас пользуются во всех научных проектах NASA за пределами земной орбиты. По сути они стали "крёстными отцами" большинства проектов АМС (автоматических межпланетных станций) для исследования объектов за пределами пояса астероидов, причём как в части средств связи, так и в части научного обоснования будущих проектов.
Научное оснащение АМС Вояджер
Система Связи
Так как разработчики изначально рассчитывали, что их аппараты должны достичь дальних границ Солнечной системы, то антенны занимают ключевое место в аппаратах — их диаметр составляет 3,66 м, а сами они состоят из алюминиевого ядра, покрытого смесью графита и эпоксидной смолы.
Команды с Земли подаются в S-радиодиапазоне на один из двух дублированных приёмников, а для отправки данных на Землю дополнительно используются передатчики X-диапазона. Один S-передатчик и оба X-передатчика в качестве усилителей используют лампы бегущей волны. Мощность усилителей составляет 9,4 и 21,3 Вт соответственно, при этом единовременно может работать только один из приёмников или передатчиков.
Изначально система связи была рассчитана на скорость передачи 115,2 кбит/с у Юпитера и 44,8 кбит/с у Сатурна с вероятностью битовых ошибок 5×10‾³ (что обеспечивалось кодами Рида-Соломона). У Урана и Нептуна скорость связи упала ещё и для передачи изображений потребовалось их сжатие, ошибки при передаче данных стали ещё критичнее и из-за этого поверх Рида-Соломона добавили ещё свёрточные коды (это снижало вероятность битовых ошибок до 10‾⁶ при небольшом увеличении вычислительной сложности).
Источник Энергии
Состоял из трёх РИТЭГовMHW (подобные использовались только на спутниках LES 8/9), имеющих 40,6 см в диаметре при длине в 51 см. Вес каждого из них составлял 37,7 кг (включая около 4,5 кг плутония-238), а мощность — больше 156 Вт на старте (при около 2,4 кВт тепловых).
РИТЭГ (внешний вид)
РИТЭГ (конструкция)
Система Ориентации
Включает в себя 16 однокомпонентных двигателей ориентации (работающих на разложении гидразина) с тягой всего в 85 грамм каждый, 3 гироскопа (чувствительностью в 0,0001°), датчики Канопуса и Солнца (в отверстии антенны).
Антенна АМС Вояджер
Компьютер
Представляет из себя три раздельных, дублированных вычислительных машины. Первая из них (CCS) выполняла командную роль и следила за состоянием аппаратов (она была идентичной применяемых в программе "Викинг"), вторая — Flight Data System (FDS), выполняла задачи формирования и передачи телеметрии (она была разработана специально для аппаратов), а третья — Attitude and Articulation Control System (AACS), управляла системой ориентации и платформой с научными приборами.
Flight Data System (FDS)
"640 килобайт хватит всем" — подумали разработчики и сделали оперативную память аппаратов состоящей из 4 тыс. 18-битных слов (примерно 69,63 Кбайт). Задающий генератор процессора работает на частоте 4 МГц, но тактовая частота самого процессора составляет только 250 кГц, при этом он может выполнять только 8 тыс. операций в секунду. В момент запуска аппаратов из доступных 4 тыс. слов свободными оставались только два, но при пролёте Урана и Нептуна ситуация ещё более усугубилась, так как в этот объём потребовалось впихнуть ещё код для исправления неровностей вращения платформы Вояджера-2.
Записывающее Устройство
Представляет из себя магнитофон с ременным приводом и магнитной 8-полосной лентой шириной 12,7 мм и длиной 328 м. Общий объём памяти составляет 536 млн. бит (≈ 63,9 Мбайт), этого достаточно для записи 100 фотографий с телевизионных камер. Скорость записи —115,2 или 7,2 кбит/с,чтения—57,6 или 33,6 или 21,6 или 7,2 кбит/с.
8-дорожечный цифровой магнитофон АМС Вояджер-1
Программное Обеспечение
Хранится в перезаписываемой памяти, возможностью перезаписи пользовались множество раз — как для улучшения характеристик, так и для исправления сбоев. Изначально весь код для аппаратов писался на Фортран, часть из него на данный момент перенесена на Си. Аппараты имеют 7 подпрограмм, ответственных за исправление возможных сбоев. После пролёта Нептуна в 1990 году код был переписан так, чтобы аппараты продолжали передавать данные обратно, даже если они не смогут принимать команды с Земли.
Научное Оборудование
Включало в себя 11 инструментов весом в 105 кг, большинство из которых размещались на платформе длиной 2,3 м, с противоположной от РИТЭГа стороне (для защиты от его излучения). Полный вес вращающейся платформы составляет 103 кг, а точность её позиционирования — выше 0,1°.
На аппаратах размещаются —
— 2 Телекамеры — разрешение 800 строк, используютсявидиконы с памятью (считывание одного кадра требует 48 с.) —широкоугольная (поле3°,фокусное расстояние200 мм.) —узкоугольная (поле0,4°,фокусное расстояние500 мм.)
Представляют собой позолоченные пластинки, аналогичные патефонным, упакованные в алюминиевый футляр. На них записаны композиции Бетховена, Моцарта, Стравинского и слепого Вилли Джонсона, 116 изображений Земли, людей и животных, записи звуков ветра, грома, пение некоторых птиц и животных, записи приветствия на 55 языках, обращение Джимми Картера (являвшегося президентом США в тот момент), а также положение нашей Солнечной системы относительно 14 пульсаров. На обратной стороне нанесена инструкция о том, как данные записи можно прослушать.
Лицевая сторона (с записями), и оборотная (с инструкцией по считыванию информации)
Запуск … и первые проблемы
Запуск Вояджеров требовал использования самой мощной из существовавших на тот момент у NASA ракет — пятиступенчатой 633-тонной ракеты-носителя Titan IIIE, работавшей на 4-х различных компонентах топлива. Ускоритель и второй разгонный блок являлись твердотопливными (но с разным составом), первая и вторая ступени — заправлялись аэрозином и тетраоксидом диазота, а роль третьей ступени исполнял кислород-водородный разгонный блок "Центавр".
Мало кому известно, что вся миссия могла завершиться огромным фиаско ещё в первый месяц — при старте Вояджера-2 первые 4 ступени отработали превосходно, ракета-носитель по плану проработала 468 секунд, включившийся спустя 4 секунды после отделения от неё "Центавр" проработал 101 секунду и перевёл аппарат на парковочную орбиту. Спустя 43 минуты он включился вновь и проработав 339 секунд, перевёл твёрдотопливный разгонный блок Star-37E с Вояджером-2 на отлётную траекторию. Далее в работу вступил бортовой компьютер Вояджера-2, включивший разгонный блок, который проработал 89 секунд и вывел аппарат на траекторию встречи с Юпитером.
Но разделение Вояджера-2 и Star-37E с последующим раскрытием штанг аппарата прошло не так гладко, как хотелось бы — сразу после этих манипуляций аппарат начал вращаться, а через 16 секунд после разделения — основной AACS и вовсе отказался работать (так как оба CCS передали ему одновременно команду на подготовку двигателей ориентации). Это в итоге и спасло аппарат — так как у второго AACS не было сведений от гироскопов, то он начал ориентацию с нуля. Ориентацию таки удалось осуществить, но это заняло 3,5 часа, да и проблемы на этом не завершились — данные приборов говорили, что одна из штанг оказалась раскрыта не до конца. Было принято решение подтолкнуть штангу (чтобы она встала на замки), используя для этого разворот аппарата двигателями ориентации совместно с отстрелом крышки спектрометра IRIS, но компьютер Вояджер-2 отменил эту команду, посчитав её опасной. К 1 сентября всё таки удалось установить, что штанга на самом деле находится на месте и провести после стартовые проверки, так что у команды Вояджеров появилось несколько дней передышки между переведением Вояджера-2 в спящий режим и стартом Вояджера-1.
При старте Вояджера-1, наоборот — разделение и работа разгонных блоков были безукоризненны, а вот утечка окислителя на второй ступени Titan IIIE привела к тому, что она отключилась раньше положенного и ракета-носитель недодала "Центавру" целых 165,8 м/с. Компьютер разгонного блока определил неисправность и продлил время работы при выходе на парковочную орбиту, но на второе включение топлива разгонному блоку хватило впритык. На момент отключения двигателей в "Центавре" оставалось топлива всего на 3,4 секунды работы. Если бы на этой ракете летел Вояджер-2 — разгонный блок бы отключился, не набрав необходимой скорости (при отлёте от Земли скорость Вояджера-2 должна была составлять 15,2 км/с, в то время как скорость Вояджера-1 — только 15,1 км/с).
Вояджер-1 — Земля и Луна одним кадром (11 660 000 км.)
10 декабря оба аппарата вошли в пояс астероидов, а спустя 9 дней (ещё внутри его) Вояджер-1 обогнал Вояджер-2 на пути к их первой общей цели (за счёт более пологой траектории полёта).
23 февраля 1978 года поворотную платформу Вояджера-1 заклинило в одном положении. 17 марта её удалось побороть при помощи аккуратных движений платформы вперёд-назад.
Летом 1978 года Вояджеру-2 несколько раз забывали передавать проверочный сигнал и спустя неделю (когда счётчик подошёл к концу) — аппарат посчитал первичный передатчик вышедшим из строя и перешёл на запасной. Заметив это, операторы передали аппарату команду на переключение на основной передатчик, но аппарат и вовсе замолчал — в ходе переключений передатчиков произошло короткое замыкание, оба предохранителя на основном передатчике вышли из строя. Второму передатчику повезло немногим больше — на нём вышел из строя сопрягающий конденсатор (отвечавший за подстройку частоты), но сам он остался работоспособен.
С этого момента для связи с Вояджером-2 приходится точно рассчитывать частоту передачи сигнала — нужно учитывать скорость движения аппарата, движение Земли вокруг Солнца, и даже температуру самого приёмного устройства внутри аппарата (так как её неучтённое изменение всего на 0,25°C приводит к тому, что связь с аппаратом пропадает).
Сближение с Юпитером
Вояджер-1 — Большое красное пятно Юпитера.
Задержка сигнала при связи аппаратов при пролёте Юпитера уже должна была составлять 38 минут, так что подготовить всё надо было заранее — если бы учёные ошиблись бы на какие-то доли градуса в положении камер, то аппарат снял бы бескрайний космос вместо Юпитера и его спутников. Так что обновление софта для повышения резкости изображения было загружено в аппараты ещё в конце августа 1978 года, а программа полёта аппаратов составлялась за несколько дней заранее.
Когда Вояджер-1 начал делать первые снимки Юпитера 6 января 1979 (с интервалом в 2 часа), то их разрешение сразу превысило разрешение всех доступных фотографий Юпитера на тот момент. С 30 января аппарат перешёл на фотографирование с интервалом в 96 секунд, а 3 февраля стал делать мозаичные снимки 2×2 (размер Юпитера стал больше разрешения камеры). С 21 февраля он перешёл на мозаику 3×3, а максимальное сближение с Юпитером произошло 5 марта.
Вояджер-1 — фото Юпитера (интервал ≈ 10 часов, 6 января — 3 марта 1979 г.)
Кромке снимков Юпитера Вояджер-1 делал снимки его колец и спутников, среди которых наблюдалось удивительное разнообразие поверхностей. С 27 февраля начались ежедневные пресс конференции JPL, представляющие новые открытия прессе. Они закончились только 6 марта после официального объявления о том, что Вояджер-1 пролетел Юпитер.
"Я думаю у нас набралось открытий почти на десятилетие за этот двухнедельный период" — Эдвард Стоун на последней конференции.
Вскоре выяснилось, что это было ещё не всё. Улетая из системы Вояджер-1 сделал снимок Ио с расстояния 4,5 млн. км., на котором открылось то, что поначалу было отброшено фильтрами постобработки как бесполезный шум — Линде Морабито удалось обнаружить облака на снимках пепла, поднимающиеся на высоту в целых 260 км, что явным образом свидетельствовало об вулканической активности (при этом другое извержение видно на терминаторе, чуть ниже середины фотографии). Таким образом был выявлен виновник столь огромной активности радиационных поясов Юпитера — им оказался Ио.
Вояджер-1 — мозаика из фото поверхности Ио (20 600 км.)
Вояджер-2 максимально сблизился с Юпитером 9 июля. И хоть самое "вкусное" досталось его собрату, а операторы провели его на в 2 раза большем расстоянии от планеты, но второй аппарат не остался без открытий — он обнаружил 3 новых спутника и новое кольцо у Юпитера. По снимкам Ио (с расстояния 1 млн. км.) удалось установить, что поверхность спутника поменялась — вулканы Ио продолжали быть активны в промежутке между пролётами Вояджеров. Снимки Европы (с расстояния 206 тыс. км) показали удивительно гладкую поверхность льда, нарушаемую лишь в некоторых местах трещинами. В общей сложности аппараты получили почти 19 тыс. снимков Юпитера, его колец и спутников.
Вояджер-2 — поверхность Европы (190 000 км.)
Снимки Европы, сделанные Вояджером-1 заинтересовали учёных, и камеры второго аппарата направили подробнее рассмотреть её поверхность. Но данных на тот момент не хватило, чтобы подтвердить наличие у Европы подповерхностного океана, и в том числе эту теорию в последствии отправился подтверждать космический аппарат "Галилео".
Сближение с Сатурном
Вояджер-1 — фото Сатурна от 5 октября 1980 года (51 млн. км.)
Сатурн оказался весьма холодной, но неспокойной планетой — температура верхних слоёв его атмосферы составляла -191°C и только у северного полюса она поднималась до +10°C, а бушевавшие там ветра достигали 1800 км/ч в области экватора. Снимки Вояджера-1 показали, что орбита Энцелада проходит по наиболее плотным областям разреженного кольца Е Сатурна.
Но самым удивительным объектом в системе оказался Мимас — 396-километровый в диаметре спутник удивительным образом напоминал своим 100-километровым кратером Звезду смерти из "Звёздных войн" (V эпизод вышел всего за полгода до пролёта аппаратом Сатурна):
Вояджер-1 — Мимас (88 440 км.)
Последней целью Вояджера-1 стал Титан, считавшийся крупнейшим спутником в Солнечной системе (на тот момент). Пролёт аппарата всего в 6 490 километрах от его поверхности выдал практически сенсационные новости — уточнённые оценки его массы гласили, что корону самого крупного спутника Солнечной системы придётся отдать Ганимеду. Но ещё большим сюрпризом оказалась атмосфера Титана — она наоборот оказалась плотнее расчётной, а вместе с оценками её состава и температуры это означало, что на его поверхности могли существовать озёра и моря из жидких углеводородов.
После Сатурна пути аппаратов разошлись — сближение с Титаном далось Вояджеру-1 большой ценой, он вышел из плоскости эклиптики и уже не мог продолжить исследования планет. К счастью Вояджер-1 исполнил свою роль на "отлично", так что перенаправлять Вояджер-2 на встречу с Титаном не потребовалось, и он отправился (уже в одиночестве) в продолжение "Большого тура".
Пролёт 26 августа 1981 года Вояджера-2 мимо Сатурна тоже не остался без открытий — оказалось, что поверхность Энцелада весьма ровная и почти не содержит кратеров (а значит она является весьма молодой). Ровная поверхность льда обеспечивала ему место рекордсмена Солнечной системы по альбедо(1,38), это же обеспечивало и звание самого "холодного" спутника Сатурна — температура там не поднималась выше -198°C даже в полдень.
При близкой съёмке кольца Сатурна распались на мириады маленьких колец. Их было так много, что руководитель группы визуализации Брэдфорд Смит в ходе ежедневной пресс-конференции бросил их считать и предложил репортёрам сделать это самим.
Вояджер-2 — фото поверхности Титана (435 тыс. км.)
Уран, Нептун и далее
Для целей ускорения связи с Вояджером-2 у Урана — 64-метровую и две 26-метровых тарелки сети DSN связали в единую сеть. Это было сделано впервые, ради ускорения передачи данных. Так как камеры аппарата должны были успеть сделать тысячи снимков системы Урана, а памяти аппарата хватало только на сотню из них, то система связи оказалась узким местом.
До встречи 24 января 1986 года Вояджера-2 с Ураном практически всё, что было о нём известно — это то, что он вращается "на боку", имеет 9 колец и 5 спутников (даже период его обращения был неизвестен). В ходе пролёта аппарата число спутников разом увеличилось в трое, а к кольцам прибавилось два новых, при этом они сами оказались отличны от таковых же у Юпитера и Сатурна — данные говорили о том, что они моложе планеты и, видимо, сформировались в результате разрушения спутников приливными силами.
Длительность уранианского дня составляла 17 часов и 12 минут, а климат оказался совсем не жарким — средняя температура в атмосфере составляла -214°C и удивительным образом выдерживалась практически точно на всей поверхности, от экватора до полюсов. Но самым удивительным открытием стало то, что Уран имеет магнитное поле в 60 раз большее чем у Земли, которое отстоит от центра планеты примерно на треть радиуса и отклонено от оси вращения аж на 60° (для Земли этот показатель составляет только 10°). Такое странное поведение ранее не фиксировалось ни у одного тела в Солнечной системе.
Для связи с пролетающим 25 августа 1989 года мимо Нептуна Вояджером-2 уже и этих ухищрений стало недостаточно и 64-метровые тарелки DSN в Голдстоуне (Калифорния), Мадриде (Испания) и Канберре (Австралия) были модернизированы до внушительных 70-ти метров. 26-метровые тарелки тоже "подросли" до диаметра в 34 метра.
"В каком-то смысле DSN и Вояджеры росли вместе"— руководитель DSN Сюзанна Додд.
Нептун был последней планетой с которой должен был встретиться Вояджер-2, поэтому было решено пройти невероятно близко рядом с планетой — всего в 5 тыс. км от его поверхности (это было менее трёх минут полёта, при скорости аппарата). И данные передаваемые аппаратом того стоили — в центре фотографий Нептуна красовалось "большое тёмное пятно", размерами в 2 раза превышающими Землю, которое представляло из себя атмосферный антициклон. Оно было меньше большого красного пятна Юпитера, но всё равно было рекордным — скорости ветра вокруг пятна достигали 2400 км/ч!
10 октября и 5 декабря 1989 были навсегда отключены камеры Вояджера-2. А 14 февраля 1990 года Вояджером-1 были сделаны его последние снимки, получившие название "Семейный Портрет" — на них изображены все планеты Солнечной системы, за исключением Меркурия и Марса (свет от которых слишком слаб, чтобы его можно было различить на камерах). В тот же день были отключены и камеры второго аппарата.
Вояджер-1 — Семейный портрет Солнечной системы (Solar System Family Portrait)
Среди этих фотографий выделяется фотография нашей Земли, сделать которую особо просил Карл Саган на протяжении многих лет. Именно с его руки она получила название"Бледно-Голубая Точка" —
Вояджер-1 — Бледно-Голубая точка (Pale Blue Dot). 14 февраля — 6 июня 1990 г. (6 млрд. км.)
"Взгляните ещё раз на эту точку. Это здесь. Это наш дом. Это мы. Все, кого вы любите, все, кого вы знаете, все, о ком вы когда-либо слышали, все когда-либо существовавшие люди прожили свои жизни на ней. Множество наших наслаждений и страданий, тысячи самоуверенных религий, идеологий и экономических доктрин, каждый охотник и собиратель, каждый герой и трус, каждый созидатель и разрушитель цивилизаций, каждый король и крестьянин, каждая влюблённая пара, каждая мать и каждый отец, каждый способный ребёнок, изобретатель и путешественник, каждый преподаватель этики, каждый лживый политик, каждая "суперзвезда", каждый "величайший лидер", каждый святой и грешник в истории нашего вида жили здесь — на соринке, подвешенной в солнечном луче.
Земля — очень маленькая сцена на безбрежной космической арене. Подумайте о реках крови, пролитых всеми этими генералами и императорами, чтобы, в лучах славы и триумфа, они могли стать кратковременными хозяевами части песчинки. Подумайте о бесконечных жестокостях, совершаемых обитателями одного уголка этой точки над едва отличимыми обитателями другого уголка. О том, как часты меж ними разногласия, о том, как жаждут они убивать друг друга, о том, как горяча их ненависть.
Наше позёрство, наша воображаемая значимость, иллюзия о нашем привилегированном статусе во вселенной — все они пасуют перед этой точкой бледного света. Наша планета — лишь одинокая пылинка в окружающей космической тьме. В этой грандиозной пустоте нет ни намёка на то, что кто-то придёт нам на помощь, дабы спасти нас от нас же самих.
Земля — пока единственный известный мир, способный поддерживать жизнь. Нам больше некуда уйти — по крайней мере, в ближайшем будущем. Побывать — да. Поселиться — ещё нет. Нравится вам это или нет — Земля сейчас наш дом.
Говорят, астрономия прививает скромность и укрепляет характер. Наверное, нет лучшей демонстрации глупого человеческого зазнайства, чем эта отстранённая картина нашего крошечного мира. Мне кажется, она подчёркивает нашу ответственность, наш долг быть добрее друг к другу, хранить и лелеять бледно-голубую точку — наш единственный дом".
— Карл Саган.
Изначально работники проекта боялись что камеры Вояджера могут быть повреждены из-за света Солнца, которое располагалось слишком близко к Земле с такого расстояния (Вояджер-1 на тот момент был немногим далее 6 млрд. км от Земли). Собственно линии на этой фотографии — это блики от Солнца. В 1989 году решение сделать фотографии было принято, но калибровки камер затянулись (так как тарелки DSN были заняты получением информации с Вояджера-2, пролетающего Нептун). После этого появились проблемы с тем, что сотрудники занимавшиеся управлением камер Вояджеров уже успели перевести на другие проекты. Вступиться за идею "семейного портрета" даже пришлось тогдашнему руководителю NASA — Ричарду Трули.
17 февраля 1998 года Вояджер-1 стал самым далёким объектом созданным человеком, обойдя в этом звании Пионер-10. К сожалению Пионерам-10 и 11 оказалось не суждено передать информацию об границах гелиосферы Солнца — у Пионера-11 предположительно вышел из строя солнечный датчик, из-за чего он "потерялся" в космосе и не смог поддерживать направление своей остронаправленной антенны на Землю — это произошло 30 сентября 1995 года на расстоянии 6,5 млрд км. Пионер-10 проработал до последних своих резервов, но его слабеющий сигнал в конце концов не смогли принимать даже огромные тарелки DSN, связь с ним была потеряна 23 января 2003 года на расстоянии 11,9 млрд км.
В феврале 2002 года Вояджер-1 вошёл в ударную волну гелиосферы Солнца, а 16 декабря 2004 года — пересёк её, впервые среди созданных человеком аппаратов. 30 августа 2007 — её пересёк и его собрат, а 6 сентября — на Вояджере-2 было отключено записывающее устройство.
31 марта 2006 года радиолюбитель из Бохум (Германия) смог получить данные с Вояджера-1 при помощи 20-метровой тарелки с применением техники накопления сигнала. Получение данных было подтверждено на станции DSN в Мадриде.
13 августа 2012 года Вояджер-2 побил рекорд продолжительности работы аппарата в космосе. Это был рекорд Пионера-6, который проработал в космосе 12 758 дней, хотя возможно он до сих пор работоспособен (с ним не пытались связаться с 8 декабря 2000 года). Может какие-нибудь энтузиасты решат с ним связаться и он вернёт себе звание самого долгоживущего космического аппарата? Кто знает…
22 апреля 2010 года на Вояджере-2 обнаружились проблемы с научными данными. 17 мая JPL выявила проблемы, который оказался бит памяти, оказавшийся в состоянии тиристорного защёлкивания. 23 мая ПО было переписано с таким расчётом, чтобы этот бит никогда не использовался.
25 августа 2012 года Вояджер-1 пересёк гелиопаузу (подтверждения этому были получены 9 апреля 2013) и оказался в межзвёздной среде. Вояджер-2 должен вскоре последовать за собратом и к этому "последнему рубежу".
Показания плотности космических лучей Вояджера-1 (слева) и Вояджера-2 (справа).
Текущий статус
Изначальную программу полёта, рассчитанную на пять лет — они уже перевыполнили в 8 раз. Скорости Вояджеров составляют 17,07 км/с и 15,64 км/с соответственно. Их масса (после использования части топлива) составляет 733 и 735 кг. В РИТЭГах остаётся около 73% плутония-238, но выходная мощность питающая аппараты снизилась до 55% (с учётом деградации РИТЭГов) и составляет 249 Вт, от изначальных 450-ти.
Из изначальных 11 приборов, включенными остаются только 5 — это MAG (магнетометр), LECP (детектор заряженных частиц низкой энергии), CRS (детектор космических лучей), PLS (детектор плазмы), PWS (приёмник плазменных волн). На Вояджере-1 периодически включают ещё UVS (ультрафиолетовый спектрометр).
Члены миссии «Вояджер» 22 августа 2014 года
Будущее аппаратов
В данный момент команда «Вояджеров» борется за живучесть аппаратов, стараясь выкроить максимум из доступной энергии для работы научных приборов и их обогревателей. Лучше всего это процесс описывает Сюзанна Додд — "Разработчики говорят — "эта система потребляет 3,2 Вт." Но в действительности она потребляет 3 Вт, но они должны быть консервативны в процессе разработки, когда они строят аппарат. Теперь мы в той точке миссии, когда пытаемся избавиться от лишних резервов, и получить реальные цифры".
В ближайшее время на аппаратах должны быть отключены гироскопы, а с 2020 года — придётся приступить уже к отключению некоторых из научных инструментов. Члены команды пока не знают как они поведут себя в условиях дикого холода космоса (так как запасных аппаратов и даже отдельных их инструментов, которых бы можно было проверить в барокамере, на Земле не сохранилось). Возможно, приборы останутся работоспособны в процессе отключения их обогревателей, и тогда момент отключения последних приборов удастся оттянуть с 2025 года до 2030-го.
По оценкам, Вояджер-2 должен выйти за пределы гелиосферы в пределах десятилетия — точной даты назвать нельзя, так как гелиосфера не идеально сферическая, а вытянутая под действием внешних сил межзвёздной среды. Так что Вояджеру-2 должно хватить времени выйти из ударной волны, чтобы приступить к изучению межзвёздного вещества (в точке отличной от собрата) и сделать с ним возможно даже не последнее своё открытие — форму солнечной гелиосферы.
После 2030 года аппараты перейдут в режим радиомаяков (не имея мощности поддерживать работу своих приборов) и проработают так до 2036 года, после чего замолкнут уже навсегда. Таким образом аппараты должны "выйти на пенсию" в возрасте 48-53 лет, а "дожить" они должны до возраста в 59 лет.
В декабре 2023 года NASA сообщило, что вместо телеметрии Вояджер-1 стал циклически присылать в ЦУП однотипные бессмысленные наборы данных. Методом исключения команда инженеров определила, что источником проблемы стала ошибка в системе полетных данных FDS (Flight Data System). Вернуть аппарат в исправное состояние пока не удалось.
Вояджер-1 примерно через 40 тыс. лет должен пролететь в 1,6светового года от звезды Глизе 445 созвездия Жирафа, которая движется в сторону созвездия Змееносца. Вояджер-2 через те же 40 тыс. лет пройдёт на расстоянии 1,7 светового года от звезды Росс 248. В дальнейшем аппараты будут вечно странствовать по галактике Млечный Путь.
Новый руководитель команды Williams Racing Джеймс Воулз обнаружил, что руководители различных служб несколько лет использовали файл Excel с таблицей из более чем 20 тыс. строк, в которых указаны все необходимые для проектирования и сборки болида автомобильные запчасти и детали.
Williams FW46 Mercedes, за рулём — Александр Албон
"Невозможно ориентироваться и невозможно что-то обновить. В этом колоссальном файле Excel не было информации о том, сколько стоит каждая из этих деталей и сколько времени потребовалось на их производство, а также о том, были ли эти детали уже заказаны. Определение приоритета одной секции автомобиля над другой, от производства до проверки, было невозможным", — пояснил Воулз.
В итоге он решил перейти на новые процессы и системы управления, избавившись от Microsoft Excel.
"Когда вы сейчас начинаете отслеживать сотни тысяч компонентов, перемещающихся по вашей организации, таблица Excel становится бесполезной. Из-за множества состояний, в которых каждая деталь может быть заказана, отложена в заказе, проверена, возвращена, людям часто приходится прорабатывать детали. И как только вы начнёте повышать этот уровень сложности, на котором находится современная "Формула-1", электронная таблица Excel рушится, и проекты падают. И это именно то, где мы находились некоторое время, так как РП доводили себя до абсолютных пределов и ломались", — добавил Воулз.
В 2017 году электронная таблица Excel для проектирования и сборки Renault Sport Formula One имела 77 тыс. строк. В компании также ушли от этого решения.
НАСА представило табличку со сведениями о человеческой цивилизации, которую учёные отправят на борту космического аппарата Europa Clipper к Европе, спутнику Юпитера. На пластину из тантала более сотни раз нанесено слово «вода» на разных языках, что согласуется с миссией станции по исследованию подлёдного океана Европы.
Размеры пластины составляют 18×28 см, она прикреплена к крышке отсека с научным оборудованием. На её внутреннюю сторону нанесён рукописный текст стихотворения «Во славу тайны: поэма для Европы» американской поэтессы Ады Лимон, портрет учёного Рона Грили и уравнение Дрейка. Также на этой стороне располагается иллюстрация бутылки (отсылающая к посланию в бутылке), к которой будет прикреплена пластинка с именами свыше 2,6 млн человек
На лицевой стороне пластины выгравированы 103 варианта произношения слова «вода» на разных языках в виде визуализированных аудиосигналов. В центре располагается символ, означающий воду на Американском жестовом языке (ASL).
По завершении сборки Europa Clipper в Лаборатории реактивного движения НАСА корабль отправится в Космический центр НАСА имени Кеннеди во Флориде, где начнётся подготовка к запуску.
Europa Clipper отправится в космос в октябре 2024 года. Автоматическая станция прибудет в систему Юпитера в 2030 году и сделает 49 пролётов вблизи Европы. Основная научная цель Europa Clipper — определить, есть ли в подлёдном океане Европы место, где могла бы поддерживаться жизнь
Leica презентовала новую камеру M11-P для профессиональных фотожурналистов, которая работает с технологией нанесения водяных знаков для защиты от изменений и подделок изображений. Она стоит $9500.
Дизайн камеры стал более минималистичным за счёт отсутствия фирменной красной метки Leica и логотипа на верхней панели. Она получила устойчивый к царапинам дисплей из сапфирового стекла в сочетании с чёрной матовой отделкой.
M11-P, как и Leica M11, оснащена высокопроизводительной полнокадровой матрицей BSI CMOS с технологией тройного разрешения, обеспечивающей разрешение до 60 мегапикселей. Сенсорный дисплей охватывает 100% цветового пространства sRGB и позволяет точно оценить резкость изображения и экспозицию.
Помимо слота для SD-карт UHS-II, фотоаппарат получил внутреннюю память объёмом 256 ГБ. Буфер процессора изображений Maestro III поддерживает даже самые высокие разрешения.
Изображения можно передавать в приложение Leica FOTOS через Bluetooth или порт USB-C. После сопряжения Leica M11-P можно управлять с помощью приложения, а фотографии доступны для редактирования непосредственно в Capture One Pro, Adobe Lightroom или приложении Darkroom. Также Leica M11-P можно напрямую подключить к устройству Apple с помощью прилагаемого кабеля FOTOS.
Объектив Leica Summicron-M 28 f/2 ASPH благодаря широкоугольным возможностям и минимальной дистанции фокусировки 40 см позволяет снимать пейзажи и заниматься уличной фотографией.
M11-P создаёт изображения с уже зашифрованными метаданными, что соответствует Инициативе по обеспечению подлинности контента (CAI).
CAI — это недавно созданная отраслевая группа, включающая медиа-компании, технологические платформы и неправительственные организации. Модель CAI использует хеширование криптографических активов для вставки идентифицируемых подписей в метаданные изображения, что позволяет проверить их подлинность. Если изображения, обработанные CAI, изменяются в цифровом виде помощью Photoshop или другого пакета редактирования, то система также записывает историю изменений. Их наличие можно будет проверить онлайн, загрузив фото на портал, связанный с CAI.
Ранее компании Nikon, Sony Group и Canon заявили, что работают над внедрением цифровых подписей в свои камеры, которые будут подтверждать подлинность и источник происхождения изображений. Цифровые подписи будут содержать такую информацию, как дата, время, место и имя фотографа, что позволит защитить фото от подделки.
Вопреки распространенному представлению, седина у людей оказалась обратимой. Согласно исследованию, препринт которого опубликован на сайте bioRxiv, седые волосы нередко возвращают себе первоначальный цвет, причем делают это в течение всего нескольких месяцев. По данным исследователей, этот процесс тесно связан с уровнем стресса: сильные эмоциональные нагрузки заставляют волосы обесцвечиваться, но когда они прекращаются, поседение обращается вспять. Это дает надежду на создание терапии, которая позволит надолго устранять седину и избавит от необходимости постоянно закрашивать обесцветившиеся пряди.
Обновлено: в июне 2021 года статья опубликована в eLife.
Седина — один из самых явных признаков старения. У большинства людей первые седые волосы начинают появляться между тридцатью и сорока годами, после чего их количество быстро растет. При этом точные причины этого процесса остаются плохо изученными. Например, несмотря на популярные представления о том, что можно поседеть от страха, связь между сединой и стрессом была подтверждена только для мышей, но не для человека.
Исследователи во главе с Мартином Пикаром (Martin Picard) из Колумбийского университета разработали новую методику, которая позволяет изучать поседение на уровне отдельного волоса. Предложенный ими подход немного напоминает тот, что используют в дендрохронологии для реконструкции древнего климата с помощью годичных колец деревьев. Теперь, зная среднюю скорость роста волоса (около сантиметра в месяц), ученые могут сопоставить цвет отдельных его участков с определенными периодами жизни и происходившими в это время событиями.
Анализ 397 отдельных волос, взятых у 14 здоровых добровольцев разного происхождения, позволил выявить три типа пигментации: темную, переходную и седую. На темных участках волос было отмечено большое количество несущих пигменты меланосом, а на седых эти структуры почти отсутствовали.
Протеомный анализ показал, что в седеющих волосах значительно увеличивается экспрессия генов, связанных с работой митохондрий, противодействием окислительному стрессу и синтезом белков. Одновременно с этим в них снижается производство белков, которые участвуют в формировании меланосом и их переносе из меланоцитов в кератиноциты. Интересно, что на седых участках волос были выявлены 13 белков, которые не синтезировались на темных.
До сих пор поседение считалось необратимым процессом. Было известно лишь два документированных случая, когда седые волосы возвращались к своему изначальному состоянию. Однако тщательный анализ показал, что такое явление может быть широко распространенным. Исследователи выявили обратимое поседение волос у лиц обоего пола и разного происхождения в возрасте от девяти до тридцати девяти лет. Чаще всего репигментация наблюдалась на волосяном покрове головы, однако восстановить окраску могли и волосы на теле. Возвращение поседевших волос к нормальной окраске происходило так же быстро, как и потеря цвета — медианная скорость этого процесса составила три месяца. Более того, было обнаружено несколько случаев, когда после быстрой репигментации волосы снова седели. Это происходило в течение нескольких недель или месяцев, то есть за один цикл роста.
Новая методика позволила изучить связь поседения со стрессом. До сих пор предполагалось, что стресс увеличивает общую скорость старения организма, что сказывается на окраске волос. Однако команде удалось подтвердить, что жизненные обстоятельства могут напрямую воздействовать на работу волосяных фолликул и пигментацию.
Исследователи проанализировали пять отдельных волос со следами репигментации с головы 35-летнего мужчины европейского происхождения. Окраску отдельных участков волос сопоставили с уровнем стресса в соответствующие им периоды жизни. Оказалось, что седина исчезла после того, как уровень стресса снизился. Аналогичный результат показало исследование двуцветных участков волос тридцатилетней женщины азиатского происхождения. Формирование седого участка длиной два сантиметра совпало по времени с периодом высокого стресса из-за семейных конфликтов, развода и переезда. После возвращения к нормальной жизни цвет волос полностью восстановился.
Слева: примеры возвращения цвета седых волос с головы (A), лобка (B) и бороды (С). Справа: возвращение цвета седого волоса (D) и повторное поседение после возвращения цвета (E).
Таким образом, процесс поседения оказался намного более гибким, чем считалось ранее. Находка открывает путь к созданию методик, которые позволят вернуть цвет седым волосам. Кроме того, новые данные дают основание надеяться, что и другие механизмы, лежащие в основе старения, могут оказаться частично обратимыми.
Недавно команде исследователей впервые удалось обратить вспять эпигенетическое старение человека. Для этого они применили к взрослым здоровым пациентам коктейль из гормонов и антидиабетических средств, которые стимулировали работу тимуса. Хотя выборка была очень скромной, а эксперимент недолгим, исследование все равно представляет большой интерес с точки зрения биологии старения.
Компании Hyundai Motor Company и Kia Corporation показали концепт колеса с встроенными модулями противоскольжения, сообщает New Atlas. Модули выглядят как металлические скобы, встроенные внутрь колесного диска и шину, частично выполненные из деформированного сплава с памятью формы. При подаче на них электрического тока участки из сплава с памятью формы распрямляются и выталкивают над протектором расположенные внутри канавок скобы, образуя зацепы, повышающие сцепление с поверхностью. По мнению компаний, устройство позволит заменить классические цепи противоскольжения.
Существует старый проверенный метод значительно повысить проходимость транспортного средства при движении по рыхлому снегу и льду. Для этого необходимо использовать цепи противоскольжения — в классическом исполнении это сетка из металлических цепей, оборачиваемая вокруг колеса, но существуют и другие варианты исполнения. Охватывая колесо по всей окружности, цепи создают над протектором шины дополнительные выступы, которые помогают зацепляться за скользкий грунт или дорожное покрытие. Надевают их обычно непосредственно перед сложными участками пути, а процесс установки требует времени и усилий, особенно если речь идет о многоколесных грузовиках, и зачастую происходит в неудобных и грязных условиях.
Альтернативу цепям предложили компании Hyundai и Kia, которые запатентовали устройство противоскольжения, встраиваемое непосредственно в колесо и покрышку. Устройство состоит из нескольких модулей в виде толстых металлических проволок, которые распределены на равных расстояниях вдоль радиальных направлений колеса. Одна их часть расположена внутри колесного диска, а вторая лежит в расположенных поперек шины канавках, не выступая за пределы протектора и не контактируя с поверхностью дороги.
Внутренняя часть модуля выполнена из сплава с памятью формы и находится в сжатом состоянии. Однако при подаче напряжения она должна вернуться в свое исходное состояние и вытолкнуть лежащую внутри углубления в резине покрышки металлическую скобу наружу. Таким образом над поверхностью протектора колеса поднимается несколько грунтозацепов. После прохождения трудного участка дороги они могут быть втянуты обратно внутрь шины с помощью пружины внутри колесного диска, достаточно лишь отключить подачу напряжения.
Предполагается, что такой подход повысит безопасность и удобство эксплуатации, но потребует создания новых шин с углублениями и подходящих для этой системы дисков. Технология уже запатентована в Южной Корее и США, а автопроизводители Hyundai и Kia рассматривают возможность массового производства после окончания этапов разработки, испытаний на долговечность и производительность, а также проверки нормативных требований.
Создатели концепта отмечают также, что интегрированные в шину металлические зацепы помогут сигнализировать о необходимости своевременной замены сильно изношенных шин, так как уменьшение высоты протектора до определенной величины приведет к тому, что скобы начнут издавать звук от соприкосновения с асфальтом. Об устройстве современных автомобильных шин в целом и их протекторов в частности, а также о стоящей за этим физике можно узнать из нашего материала «Катись колесо».
Совсем недавно в сети появилась информация о серьёзном сбое Voyager 2, аппарате, который был запущен в космос более 45 лет назад. На данный момент он находится на расстоянии около 133 астрономических единиц от Земли. Соответственно, исправлять ошибки и решать проблемы — сложно. Но инженеры NASA с этим (во всяком случае, пока что) успешно справляются.
Удивительно, но зонд и его собрат продолжают полёт. За все эти годы сбои случались, но их было не так много. Давайте посмотрим на самые серьёзные.
2010 год
На 33-м году успешного полёта автоматической станции произошёл сбой ячейки памяти. В результате возникли проблемы с передачей научной информации с борта станции. Проблема — изменение всего одного бита в памяти бортового компьютера. Об этом в 2010 году сообщили специалисты NASA со ссылкой на инженеров Лаборатории реактивного движения в Пасадене (Jet Propulsion Laboratory).
Инженеры успешно перезагрузили компьютер на борту «Вояджера-2», что вызвало неожиданное изменение структуры данных, и аппарат возобновил отправку должным образом отформатированных научных данных. Менеджеры миссии в Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене перевели систему в режим, предполагающий минимальную функциональность. Это было сделано для поиска и ликвидации ошибки. Когда всё было реализовано должным образом, аппарат вернули к обычному режиму работы.
2011 год
Фотография Энцелада, сделанная Voyager 2
Чтобы не утратить связь с зондом из-за старения его двигателей ориентации и возможного выхода их из строя в любой момент, в NASA решили не рисковать и переключить его на запасные. Резервный комплект не использовали с 1989 года.
4-13 ноября 2011 года «Вояджер-2» завершил переход на запасной комплект двигателей ориентации (по двум из трёх направлений ориентации запасные двигатели были введены в эксплуатацию раньше). Благодаря этому стало возможно отключить обогрев топливопроводов основного комплекта двигателей, сэкономив около 12 ватт электрической мощности.
Тогда предполагалось, что в условиях постепенно снижающейся производительности бортовых источников электропитания это позволяет продлить срок эксплуатации аппарата примерно на 10 лет. Но, как видим, аппарат работает до сих пор, что радует учёных и всех, кто причастен к астрономической науке.
2019 год
В том году ничего особенного не случилось, кроме негативного влияния одного весьма неприятного процесса. Дело в том, что РИТЭГ устройства (радиоизотопный термоэлектрический генератор) постепенно теряет мощность. Потери минимальны, каждый год это примерно 4 Вт. Но если учесть, сколько лет зонд уже работает, а также то, что учёные хотят, чтобы он продолжал работу ещё в течение нескольких лет, это весьма неприятно.
Поэтому сотрудники NASA вынуждены отключать обогрев отдельных его узлов. Так, учёным пришлось отключить обогрев детектора космических лучей CRS, благодаря которому специалисты и выяснили, что зонд вышел за пределы гелиосферы. Узел продолжил работу в экстремальных условиях, до -59 °C. При этом в наземных испытаниях он проходил проверку при температуре ниже -45 °C.
Сейчас, кстати, обогреватели работают примерно на 60% от нормы. В NASA надеются, что с зондами можно будет поддерживать связь хотя бы до 2025 года. Но, конечно, все мы надеемся на то, что зонд будет работать гораздо дольше.
2020 год
В течение десяти лет аппарат работал нормально, но в 2020 году, в январе, случилась новая неприятность. 25 января Voyager 2 не смог выполнить манёвр разворота на 360 градусов для калибровки научных приборов. За выполнение этого манёвра отвечали сразу две энергозатратных системы зонда. Учёные предположили, что это привело к перегрузке, вследствие чего аппарат самостоятельно переключился в безопасный режим работы.
Но уже 28 января команда проекта смогла отключить один из приборов, что позволило постепенно активировать выключенные научные системы аппарата, потреблявшие меньше энергии. После этого, 30 января, отключили и вторую систему, которая потребляла много энергии. Передача сигналов от зонда на Землю возобновилась.
2023 год
И совсем недавняя новость, о которой писали на Хабре. Тогда, после отправки нескольких команд зонду, антенна повернулась на 2° в сторону от Земли. Вроде и немного, но с учётом многих миллиардов километров, расстояния от Земли до аппарата, это привело к невозможности приёма команд и отправки данных на Землю. Связь с зондом потеряли в июле, а уже 1-го августа стало известно, что сигнал был принят.
«Сеть дальней космической связи приняла несущий сигнал от “Вояджера-2”, который дал нам понять, что космический аппарат работает штатно», — заявило агентство.
И уже 4 августа учёные сообщили, что связь удалось полностью восстановить. До этого считалось, что придётся ждать какое-то время, пока зонд не выполнит манёвр переориентации, который реализуется раз в год. Для восстановления связи пришлось «крикнуть» на расстояние в 19,9 млрд км. В итоге антенна восстановила положение, и данные теперь можно принимать, а команды — отправлять.
Диспетчерам миссии потребовалось 37 часов, чтобы узнать, сработала ли команда. 4 августа космический зонд начал возвращать научные и телеметрические данные, указывая на то, что он работает нормально и остаётся на расчётной траектории.
Хотелось бы надеяться, что аппарат продолжит работу и будет регулярно передавать ценнейшие для науки данные. Сложность взаимодействия с зондом постепенно возрастает — не только потому, что он находится в миллиардах километров от нашей планеты, но и потому, что технологии, использованные для создания аппарата, безнадёжно устарели. Последний член команды Voyager, который принимал участие в создании зонда и его запуске, ушёл на пенсию в 2015 году в возрасте около 80 лет.
С момента запуска аппарата утеряно большое количество документации о проекте. Ранее все документы были в порядке, но команда Voyager не раз и не два меняла офис, а в процессе переезда что-то обязательно терялось. Инженеры проекта, к сожалению, не всегда документировали свои действия, и сейчас многих старых членов команды уже нет. С ними ушли и знания, информация, вернуть которую либо сложно, либо уже невозможно.
Как бы там ни было, работа продолжается. Ну а Voyager 1 и 2 продолжают функционировать, выполняя возложенные на них «обязанности».
