Вселенная глазами «Вояджеров». Снимки и открытия легендарных зондов
Программа «Вояджер» по исследованию дальних планет Солнечной системы — одна из величайших космических программ XX века, подарившая миру огромное количество открытий и снимков газовых гигантов, а также их спутников.
В рамках этой миссии ученые отправили в космос два аппарата: «Вояджер-1» и «Вояджер-2» в сентябре и августе 1977 года, соответственно. Первым инженеры NASA запустили «Вояджер-2», а через 16 дней его близнеца — «Вояджер-1». Нумерацию зондов сделали по времени их ожидаемого прибытия к Юпитеру и Сатурну. Путь «Вояджера-2» к этим планетам был длиннее, но такая траектория полета позволяла зонду посетить Уран и Нептун.
В этом материале публикуем небольшую подборку снимков NASA, сделанных двумя зондами десятки лет назад, а также рассказываем о некоторых открытиях космических станций. Это лишь песчинка из того архива данных, которые аппараты передали на Землю.
Юпитер
Снимок «Вояджера-2», полученный 25 июня 1979 года с расстояния 12 млн. км.
На фотографии южное полушарие Юпитера и спутник газового гиганта Ио — один из четырех галилеевых спутников, который расположен к планете ближе всех.
Благодаря «Вояджерам» ученые узнали, что магнитосфера Юпитера по большей части формируется плазмой маленького Ио; магнитосфера вбирает себя газообразные вещества, которые выбрасываются в результате извержений вулканов на поверхности Ио. Более “тяжелые” продукты извержения, такие как сера, остаются на поверхности спутника, а “легкие”, например, кислород, поднимаются вверх и рассеиваются в космосе, образуя на орбите газовый тор. Элементы этого тора ловит магнитное поле Юпитера, затем они “надувают” магнитосферу газового гиганта и увеличивают ее размер практически вдвое.
«Вояджер-2» обнаружил, что магнитосфера Юпитера может простираться вплоть до орбиты Сатурна, что делает ее самой крупной из всех планетных магнитосфер Солнечной системы.
Маленький мир Ио
Мозаика поверхности Ио, составленная из снимков, сделанных «Вояджером-1» во время пролета мимо спутника на расстоянии 20 тыс. км. Здесь изображены вулканические равнины.
В 1979 году «Вояджер-1» пролетел мимо Ио и сделал серию снимков спутника. На фотографиях ученые увидели разноцветный пейзаж, лишенный ударных кратеров, это натолкнуло астрономов на мысль, что поверхность луны газового гиганта геологически молодая. Также специалисты заметили, что на поверхности Ио преобладают гладкие равнины, усыпанные горами выше Эвереста, а также странные ямы, заполненные непонятным веществом, чуть позже выяснилось, что это потоки лавы. Детальный анализ снимков показал, что Ио — вулканический мир; по оценкам ученых, там находится около 400 активных вулканов.
Титан
На этом снимке, сделанном «Вояджером-1» в ноябре 1980 года с расстояния 435 тыс. км, запечатлена плотная атмосферная дымка спутника Сатурна Титана.
Приборы зонда показали, что Титан окутан дымкой, которая сливается со слоем облаков над северным полюсом спутника и полностью закрывает поверхность. Во время сближения с Титаном, зонд обнаружил, что у этой луны есть атмосфера, более плотная, чем у Земли.
Энцелад
На снимке Энцелад — один из восьмидесяти двух спутников Сатурна. Это фото в 1981 году сделал «Вояджер-2» с расстояния 112 тыс. км.
Луна газового гиганта оставалась для ученых тайной до тех пор, пока ее не посетили «Вояджеры». Аппараты выяснили диаметр Энцелада — почти 500 км, узнали, что рельеф поверхности спутника весьма разнообразен: на Энцеладе есть как области с большим количеством кратеров, так и практически без ударных образований. Чуть позже специалисты предположили, что области без кратеров на самом деле не являются таковыми, с течением времени ударные образования на них заполняются материалом, который выбрасывается в результате геологической активности.
Кроме того, приборы зондов показали, что орбита спутника проходит по довольно узкой и плотной области E-кольца Сатурна, а значит, кольцо может состоять из вещества, выбрасываемого с поверхности Энцелада.
Кольца Урана
В 1986 году зонд «Вояджер-2» запечатлел систему колец Урана. На фото показаны девять первых колец, которые выглядят как темные линии на фоне ярких облаков планеты. Наиболее заметно кольцо Эпсилон, на снимке оно справа; слева едва различимы три кольца, их обозначают просто цифрами 4, 5 и 6.
Благодаря данным станции ученые открыли два новых кольца. В результате число известных колец планеты увеличилось до одиннадцати. Первые девять в 1977 году открыл американский астроном Джеймс Эллиот, а в 2003 году еще два обнаружил телескоп “Хаббл”. На 2021 год известно о тринадцати кольцах, окружающих Уран.
В 2016 году, анализируя архивные данные «Вояджера-2», ученые обнаружили два ранее неизвестных спутника Урана, общее число лун планеты-гиганта увеличилось до двадцати девяти.
Нептун
Последним космическим телом, которое встретилось на пути «Вояджера-2», был Нептун. Зонд исследовал атмосферу планеты, ее магнитосферу и сделал несколько снимков газового гиганта.
В 1989 году зонд запечатлел два явления в атмосфере Нептуна: Малое и Большое Темные Пятна. По мнению ученых, эти объекты представляют собой антициклоны. Вокруг пятен могут дуть сильные ветры, скорость которых, по некоторым данным, может превышать скорость звука.
В 1994 году “Хаббл” попытался сфотографировать пятна, однако оказалось, что они исчезли. Сейчас специалисты наблюдают за новым гигантским пятном в атмосфере Нептуна, которое появилось недавно — Северным Большим Темным Пятном.
Post Scriptum
Согласно сайту NASA, на 2021 год «Вояджер-1» и «Вояджер-2» находятся от Земли на расстоянии 22 и 19 млрд. км, соответственно, в межзвездной среде, и до сих пор работают исправно, продолжают передавать научные данные. Стоит отметить, что аппараты еще не покинули пределы Солнечной системы, которая, как предполагают астрономы, заканчивается за границами Облака Оорта — гипотетической области в пространстве, источника долгопериодических комет. Никто точно не может сказать, где на самом деле кончается Облако Оорта, некоторые считают, что оно простирается на триллионы километров. «Вояджер-1» — самый дальний от Земли рукотворный объект.
Материал подготовил Игорь Байдов
Судьба «Вояджеров». Когда зонды перестанут выходить на связь и встретятся со звездами?
«Вояджеры» — пара космических зондов, отправленных американцами в космос в 1977 году. Спустя 12 лет завершилась их главная и единственная миссия по исследованию газовых гигантов, но NASA решило не сворачивать программу, а продлить. Ведь приборы аппаратов оставались в норме.
Фото: NASA / "Вояджер-1" в представлении художника.
Второй этап программы получил название Voyager Interstellar Mission, VIM. Ученые послали зондам новые задачи — собрать научные данные о составе межпланетной среды, а если повезет, то и о межзвездной, изучить газ, пыль, электромагнитные поля, а после передать данные на Землю.
«Вояджеры» выполнили и даже перевыполнили план. Газовые гиганты остались в прошлом и сейчас зонды несутся навстречу неизведанному. Эти летящие в кромешной тьме роботы стали самыми далекими рукотворными объектами, когда-либо посланными человеком.
Фото: NASA / На этом архивном фото запечатлен испытательный образец "Вояджера-2", он не летал в космос.
Итак, заходим на сайт NASA и смотрим, где сейчас находятся зонды. От Земли «Вояджер-1» удален на расстояние почти в 23 млрд. км, он летит со скоростью 16,9 км/с, или 61 000 км/ч относительно Солнца. Что же касается «Вояджера-2», его и нашу планету разделяет почти 19 млрд. км, относительно Солнца его скорость 15 ,3 км/с, или 55 000 км/ч.
Прежде чем приступить к основной части статьи, сделаем небольшое пояснение.
Во многих СМИ, в том числе и англоязычных, пишут что эти роботы вышли за пределы Солнечной системы. На сайте NASA это опровергается, там говорится, что зонды покинули гелиосферу и сейчас движутся в межзвездной среде, то есть по-прежнему на них оказывает влияние Солнце. По словам Ольги Катушкиной, сотрудника Института космических исследований РАН, Солнечная система располагается в межзвездной среде, поэтому нельзя считать, что «Вояджеры» с нашей системой распрощались.
Где конец Солнечной системы — вопрос, на который ученые пока не ответили. Есть версия, что за границами Облака Оорта — гипотетической области, которая служит “домом” долгопериодическим кометам. Протяженность этого “облака” может составлять триллионы километров.
Как поддерживается “жизнь” аппаратов?
Источник питания зондов — комплект из трех радиоизотопных термоэлектрических генераторов MHW-RTG (РИТЭГ). Каждая такая батарея представляет собой 38-килограммовый цилиндр, внутри которого хранится 4,5 кг плутония-238, выделяющего 2400 Вт тепла, которое затем преобразуется в электрическую энергию.
Фото: historicspacecraft.com / Так выглядит радиоизотопный термоэлектрический генератор, установленный на борт "Вояджеров"
Комплекты MHW-RTG на борт «Вояджеров» установили еще в 1975 году, то есть работать они начали за два года до старта. К моменту пуска каждый генератор выработал 157 Вт электрической мощности. Это означает, что во время пуска суммарная электрическая мощность комплекта генераторов одного зонда составила 471 Вт.
Каждый РИТЭГ «Вояджеров» вырабатывает электрическую мощность при помощи трех сотен кремний-германиевых термопар (выработка происходит за счет разницы внутренней и внешней температур РИТЭГов). Однако эти термопары со временем “стареют” и подвергаются воздействию нейтронного излучения, которое появляется при распаде плутония. От этого их производительность падает.
Миссия Voyager Interstellar Mission продолжается уже 44 года, период полураспада плутония-238 — 88 лет, это значит, что через 88 лет мощность генераторов упадет в два раза. Зная время полета зондов, можно предположить, насколько уже уменьшился запас плутония и упала мощность. В каждом цилиндре остается около 75-77% плутония, а производительная мощность упала до 241-249 Вт. Этого едва ли достаточно, чтобы поддерживать обогрев научных приборов космических кораблей и при этом отправлять на Землю даже слабый сигнал.
Фото: NASA / Знаменитый снимок планеты Земля "Pale Blue Dot", сделанный "Вояджером-1" в 1990 году. На фото запечатлена наша планета с расстояния 6 млрд. км (посередине на коричневой полосе справа)
На 2021 год почти все научные инструменты на «Вояджерах» отключены, работают лишь некоторые приборы, которые проводят исследования магнитного поля и плазмы.
Каждый год выработка необходимой для зондов энергии падает на 4 Вт. К 2025 году она упадет до критического уровня и ее больше не хватит для общения с Землей. Тогда ученые отключат приборы на «Вояджерах», но перед этим специалисты установят с ними сеанс связи, чтобы принять последний поток данных.
РИТЭГи продолжат выделять тепло на протяжении "10 периодов полураспада", или 880 лет после запуска. Примерно в 2845 году запасы плутония истощатся, и зонды “умрут”.
Что с аппаратами будет дальше?
Зонды двигаются по инерции, их двигатели отключили после завершения основного этапа миссии.
Учитывая, что скорость «Вояджера-1» больше, чем его собрата, он первым удалится от Солнца на 1 световой год. Произойдет это через 20 120 лет. Приблизительно в 40 000 году зонд встретится со своей первой звездой — Gliese 445. Сейчас Gliese 445 находится от Земли на расстоянии чуть больше 17 световых лет и она быстро несется в направлении нашего светила, гораздо быстрее, чем «Вояджер-1» удаляется от него. Когда произойдет “встреча”, зонд будет находиться от Солнца в 2 световых годах, а Gliese 445 — на расстоянии 4 световых лет. «Вояджер-1» пролетит мимо звезды на расстоянии 1,7 световых лет от нее.
Фото: NASA / В кружочке звезда Gliese 445, расположенная на расстоянии 17,6 световых лет от Земли. Примерно через 40 000 лет «Вояджер-1» будет к этой звезде находиться гораздо ближе, чем к нашему Солнцу.
Что касается «Вояджера-2», на сайте NASA говорится, что примерно через 40 000 лет зонд пройдет на расстоянии 1,7 световых года от звезды Ross 248, а через 296 000 лет пролетит в 4,3 световых годах от Сириуса, самой яркой звезды ночного неба.
По мнению ученых, аппараты покинут пределы Солнечной Системы где-то через 28 000-80 000 лет, после чего их захватит притяжение Млечного Пути. Зонды начнут долгое скитание по галактоцентрической орбите, будут вращаться вокруг центра Галактики вместе с Солнцем и другими звездами. Один оборот вокруг центра они будут делать каждые 200 млн. лет.
Чтобы разорвать притяжение Галактики, зондам нужно развить скорость около 330 км/с, что маловероятно, поэтому аппараты надолго останутся на орбите вокруг Галактического центра. Пройдут миллиарды лет, прежде чем фотоны высоких энергий наконец разрушат «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Правда, нельзя исключать и встречи с астероидами, в этом случае зонды погибнут намного раньше.
Но если столкновений не произойдет, только представьте, аппараты будут продолжать свое путешествие даже тогда, когда исчезнет Земля, другие планеты нашей системы, и даже когда Солнце превратится в белый карлик.
Автор: Игорь Байдов
«Вояджер» снова не покинул Солнечную систему — и СМИ снова об этом не узнали
Я решил тут опубликовать интересную статью, Александра Березина изначально она была опубликована тут:
Новое исследование подтвердило, что зонд «Вояджер-2» вышел из гелиосферы. Однако реальная новость вновь заслоняется выдуманной: часто пишут, будто «Вояджер-2» и «Водяжер-1» покинули Солнечную систему. Разберемся, почему это не так и что плохого в обмане длиной в 30 тысяч лет.
«Вояджер-1» и «Вояджер-2» вышли за пределы гелиосферы Солнца – но не покинут Солнечную систему еще десятки тысяч лет / NASA/JPL-Caltech
Интернет гудит как рассерженный улей: «Вояджер-2 [и «Вояджер»-1] … оба аппарата покинули границы Солнечной системы. “Вояджер-1” сейчас находится на расстоянии в 22 миллиарда километров от Солнца, а “Вояджер-2” — в 18,2 миллиарда километрах», — сообщает нам весьма уважаемое СМИ (и множество других). Кстати, об этом же говорят англоязычные пресс-релизы научно-популярных западных изданий.
К новости прилагаются данные об открытиях, сделанных аппаратами, но главное внимание публики приковали именно эти слова: «покинули границы Солнечной системы». Монументальное ведь достижение: на фоне Солнечной системы мы, люди, как и вся наша планета, — буквально песчинки. И тут рукотворный аппарат, наконец, вырвался из родных мест, выйдя на большую дорогу космического путешествия. Достижение, которое внушает.
Одна беда: это неправда. Ни один из «Вояджеров», как и ни один другой космический аппарат землян, не вышел из Солнечной системы и не сделает этого как минимум в ближайшие десятки тысяч лет.
Где границы Солнечной системы
Вид Солнца с карликовой планеты Седна. Рисунок точно передает огромное удаление планеты от нашей звезды. Седна может удаляться от Солнца на 150 миллиардов километров, что в разы дальше точки, где «Вояджеры» находятся сегодня / Wikimedia Commons
Граница Солнечной системы лежит там, где гравитация нашей звезды сильнее гравитации соседних звезд (сфера Хилла). В случае нашего светила ее радиус — примерно два световых года. Грубо говоря, это 19 триллионов километров. То есть даже дальше всех улетевшие космические аппараты землян, «Вояджер-1» и «Вояджер-2», пока пролетели примерно одну тысячную расстояния до границ Солнечной системы. Летят они 42 года, из чего нетрудно сделать прогноз: из системы они вылетят примерно через сорок тысяч лет.
Впрочем, есть более оптимистичные оценки. NASA, некогда создавшее и запустившее «Вояджеры» и до сих пор получающее от них научную информацию, полагает, что границей можно посчитать не сферу Хилла — вдруг на ее окраине ничего нет, только пустое пространство, — а последние реальные тела, вращающиеся вокруг Солнца. Это кометы облака Оорта, его самой далекой от нас части. Поэтому в агентстве считают:
«”Вояджер-1″ и “Вояджер-2” еще не покинули Солнечную систему… Ее границами считается внешний край облака Оорта… Его размеры пока точно не известны, но… оценочно простираются до 100 тысяч астрономических единиц (15 триллионов километров, или 19 световых месяцев. — Прим. ред.)… У “Вояджера-2” уйдет… 30 тысяч лет на вылет за внешнюю границу облака Оорта».
Вообще говоря, надежды NASA на вылет его зондов из Солнечной системы всего лишь за жалкие 30 тысяч лет основаны на зыбком фундаменте. Никто не знает, где на самом деле кончается облако Оорта, и не исключено, что оно заходит дальше 15 триллионов километров от Солнца. Но поверим оптимизму американского космического агентства.
Все равно возникает вопрос: зачем западные СМИ — а вслед за ними и наши — рассказывают о том, что «Вояджеры» покинули Солнечную систему?
И куда на самом деле попали эти космические аппараты? О чем та новость, которую нам пытаются продать как «выход из Солнечной системы»?
Куда на самом деле вышел «Вояджер-2»
Сразу скажем: достижение «Вояджеров» действительно впечатляет. Они дальше всех зашли в космос, настолько, что некоторые ученые считают их угрозой человеческой цивилизации. Как так получилось?
Миссия стала возможной благодаря наблюдательности одного великовозрастного студента Калифорнийского технологического института. В 1964 году он обнаружил, что к концу 1970-х гигантские планеты Солнечной системы выстроятся на одной линии, что позволит использовать их гравитацию для разгона межпланетного зонда. Обычные ракеты дают космическим аппаратам не очень большую скорость — редко свыше 11-12 километров в секунду.
На такой скорости полет к Сатурну или Нептуну занимает много лет, и аппаратура зонда рискует выйти из строя от старости раньше, чем он достигнет этих планет.
Поэтому идея Фландро, позволявшая разогнать космический зон до 17 километров в секунду, имела большое значение. Правда, деньги на космос всегда в дефиците. Поэтому оба зонда «Вояджер», которые должны были воспользоваться гравитацией Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна для саморазгона, получили урезанную задачу. Они должны были проработать всего несколько лет и исследовать только Юпитер и Сатурн. Считалось, что нужная для достижения Урана и Нептуна надежность потребовала бы создания слишком дорогих аппаратов нового типа. Поэтому на «Вояджеры» пустили более простые аппараты типа «Маринер», ранее использованные NASA для изучения близких к нам планет вроде Марса.
Первая качественная фотография Тритона, крупного спутника Нептуна со своей атмосферой, была сделана «Вояджером-2» в 1989 году. Никто даже не рассчитывал, что зонд долетит к Нептуну «живым» / Wikimedia Commons
Однако со времен запуска обоих «Вояджеров» прошло уже 42 долгих года — примерно в десять раз больше, чем закладывалось в их «гарантированные» сроки работы. Они уже давно пролетели мимо Урана и Нептуна и даже вылетели за орбиту Плутона.
Поскольку других планет на их пути не предвидится, аппараты исследуют окружающую их космическую среду. На вид она пустая, но, на самом деле, насыщена частицами. Например, частицами солнечного ветра, ядрами атомов водорода и гелия, выбрасываемых Солнцем во все стороны. Область, где такой солнечный ветер доминирует над другими заряженными частицами (из-за пределов Солнечной системы), называется гелиосферой.
Разумеется, никто не рассчитывал заранее, что «Вояджеры» достигнут границ гелиосферы с работающими приборами, да еще способными отправлять данные на Землю. Однако они превзошли все ожидания, и в итоге в августе 2012 года «Вояджер-1» нащупал своими приборами край гелиосферы — примерно в 18 миллиардах километрах от Солнца. А в 2018 году NASA окончательно объявило о том, что и «Вояджер-2» покинул пузырь гелиосферы. Значит, он попал в межзвездную среду — ту, что лежит между областями «пузырей звездного ветра» как нашего Солнца, так и его звезд-соседей.
Сейчас, в ноябре 2019 года, в Nature Astronomy вышло сразу несколько работ о наблюдениях «Вояджеров» за состоянием среды вне гелиосферы. Это первые наблюдения такого рода, притом абсолютно неожиданные и поступившие от аппаратов, от которых никто не ждал такой живучести. До этого ученые не знали, где находится граница гелиосферы, а также то, как меняется количество космических лучей за ее пределами.
Зонды показали, что в норме примерно 70% галактических космических лучей отклоняются нашей гелиосферой, то есть проникающая радиация за пределами ее заметно выше, чем внутри. Эти данные не только важны для теоретической астрофизики: они нужны с практической точки зрения. Создатели любых зондов, которые смогут исследовать девятую планету или еще более далекие тела, должны знать, в насколько агрессивной среде им предстоит лететь.
Конечно, «Вояджеры» не будут работать вечно. С 2020 года их системы продолжат отключать из-за нехватки энергии, где-то после 2025-го они уже не смогу связываться с Землей. Но значение их открытий от этого меньше не станет.
Почему СМИ готовы обманывать читателя 30 тысяч лет подряд
Итак, достижение «Вояджеров» довольно масштабно и впечатляюще без всякого украшательства. Зачем же тогда СМИ, вслед за пресс-релизом на англоязычной EurekAlert, называют случившееся покиданием Солнечной системы? И почему их не смущает, что NASA прямо утверждает: в ближайшие 30 тысяч лет из Солнечной системы они не выйдут?
«Вояджер-2» сегодня в представлении художника. Аппарат должен быть развернут антенной точно к Земле, иначе его маломощный передатчик не сможет передать туда показания приборов / NASA/JPL-Caltech
К сожалению, ответ на этот вопрос не особенно приятен. Он заключается в том, что новость «”Вояджеры” покидают гелиосферу» тяжело сделать «кассовой». Объяснять, где там границы Солнечной системы и почему надо считать достижением то, что «Вояджеры» прошли тысячную долю расстояния до них, — сложно. Куда проще подать новость, где звучат громкие слова про выход из Солнечной системы.
Особенно интересно, что «продать» такую новость можно не один раз — и не два. Например, издание «Лента.ру» первый раз сообщило о покидании «Вояджером» Солнечной системы в далеком 2003 году — 16 лет назад. Еще через десять лет, в 2013 году, оно снова написало «”Вояджер-1″ покинул Солнечную систему». В 2018 году «Лента» отчиталась, что Солнечную систему покинул и «Вояджер-2». Это высокий класс: редко удается заработать трафик на одинаково ошибочной по содержанию новости целых три раза подряд. И не надо думать, что «Лента» какая-то особенная. Точно так же о вылете тех же зондов из Солнечной системы писали «Медуза» и масса других СМИ.
Подобные «новости» в итоге неизбежно наносят большой ущерб репутации научно-популярных изданий и, к сожалению, даже самой науки. Рано или поздно читатель узнает, что «Вояджеры» проделали только тысячную часть пути из Солнечной системы. Но не всегда он узнает, на каком конкретно этапе произошло искажение дошедшей до него информации.
Часть читателей, некогда поверивших прессе, подумают, что преувеличения допущены самими учеными, а не популярными СМИ, Это то, чего желательно избегать при любых обстоятельствах, — тем более что в реальности ученые не называют случившееся «выходом зондов из Солнечной системы».
К сожалению, реальный мир далек от идеального. Многим СМИ все равно, что их громкий заголовок сегодня приведет к падению — и интереса — к их новостям завтра. В таких условиях читателю можно посоветовать только одно. Больше полагайтесь на свою голову, чем на громкие заголовки в СМИ. Мир часто не таков, каким кажется. Еще чаще он не таков, каким хочет казаться.
Сможете найти на картинке цифру среди букв?
Справились? Тогда попробуйте пройти нашу новую игру на внимательность. Приз — награда в профиль на Пикабу: https://pikabu.ru/link/-oD8sjtmAi