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

Фото: NASA / Запуск "Вояджера-1" с мыса Канаверал 5 сентября 1977 г

К полету готовились два зонда серии «Маринер»: «Маринер-11» и «Маринер-12». Станции этого типа NASA использовало с 1962 года, в разное время их отправляли к Венере, Марсу и Меркурию. Программу Grand Tour переименовали в Mariner Jupiter-Saturn, а в 1977 году проекту дали новое название — «Вояджер». Теперь зонды назывались «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Оба они отправились в путь в 1977 году с разницей в 16 дней. Первоначально планировалось, что срок службы аппаратов составит 5 лет, но, как известно, их полет продолжается уже почти 44 года.

Камеры «Вояджеров»

На борту «Вояджеров» стоят две телевизионные камеры — широкоугольная и узкоугольная, фокусные расстояния их объективов 200 мм и 1500 мм, угол обзора 3,2° и 0,42°, соответственно. На сайте NASA говорится, что разрешения узкоугольной камеры достаточно, чтобы можно было прочесть заголовок газеты с расстояния 1 км. На тот момент это были самые передовые камеры, когда-либо установленные на космических станциях.

Данные аппаратов сохраняются на цифровой ленточный накопитель, причем, во время изучения планеты или его спутника эти данные накапливались намного быстрее, чем их можно было передать на Землю. Иными словами, во время подлета к планете зонд делал, грубо говоря, 1000 снимков, а памяти хватало только на 100. Поэтому, чтобы ускорить передачу информации зонда, NASA объединило в единую сеть радиотелескопы так называемой сети дальней космической связи Deep Space Network (DSN). Согласно сайту NASA, данные «Вояджер-1» передаются на Землю на скорости 160 бит/с, для приема сигнала используются 34-метровая и 70-метровая антенны DSN.

Каждая камера имеет собственное кольцо фильтров, в которое входят оранжевый, зеленый, синий фильтры, их можно комбинировать для получения изображений почти в естественных цветах.

Вот пример съемки «Вояджера-1» с использованием светофильтров. Снимок Земли и Луны сделан с расстояния почти 11,7 млн. км примерно через две недели после запуска зонда:

Фото: NASA / Цветное изображение, на котором Земля и Луна впервые запечатлены в одном кадре. "Вояджер-1" сделал это цветное фото на пути к Юпитеру 18 сентября 1977 года с расстояния 11,66 млн км.

Юпитер и Ио

В начале 1979 года «Вояджер-1» начал сближаться с Юпитером. Параллельно он делал снимки галилеевых спутников газового гиганта. Изображения этих спутников не разочаровали ученых. Специалисты думали, что на снимках «Вояджера-1» увидят одинаковые, ничем не отличающиеся друг от друга луны, но вместо этого перед астрономами предстали миры с уникальной геологией, совсем не похожей на геологию нашей Луны.

Фото: NASA / Обработанные снимки галилеевых спутников, сделанные "Вояджером-1" во время сближения с Юпитером в начале марта 1979 года. Слева направо: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто.

Из всех галилеевых спутников больше всех научное сообщество озадачила Ио. Согласно спектроскопическим исследованиям, Ио представлялась ученым как тело немного большее, чем Луна, но также изрезанное кратерами. На иссушенной поверхности спутника Юпитера специалисты рассчитывали найти отложения различных солей. Но Ио оказался настоящим миром-загадкой без видимых ударных кратеров, покрытый странными желтыми, оранжевыми и белыми отложениями. Первые снимки спутника газового гиганта натолкнули астрономов на мысль, что на Ио должны происходить некие геологические процессы, которые “омолаживали поверхность, стирали следы ударных кратеров”.

В марте 1979 года «Вояджер-1» сделал снимок Ио на длинной выдержке с расстояния 4,5 млн. км, который приоткрыл завесу тайны этой луны.

На изображении специалисты NASA заметили облако, которое находилось в сотнях километров над “освещенным” серпом Ио. Вот это фото:

Фото: NASA/JPL / Увеличенное изображение Ио, сделанное "Вояджером-1" 8 марта 1979 года с расстояния 4,5 млн км. Один вулканический шлейф виден над освещенным месяцем Ио с правой стороны, второй на линии терминатора (яркое пятно).

Сперва ученые подумали, что это просто искажения, появившиеся во время съемки, но после детального анализа стало понятно, что облако реально. Поскольку у Ио крайне разреженная атмосфера, астрономы пришли к выводу, что облако — это шлейф, возникший в результате очень мощного извержения вулкана. Ему дали обозначение P1.

Чуть позже члены исследовательской группы «Вояджер» нашли на снимке еще один шлейф на границе дня и ночи (терминаторе) Ио, его обозначили P2.

Фото: NASA / Обработанный снимок Ио. Сделан "Вояджером-1" с расстояния 490 тыс км. Яркое пятно слева — шлейф, результат деятельности вулканической впадины Патера Локи. В нижней части изображения видны отложения, окружающие действующий вулкан Пеле.

Новые данные, присланные «Вояджером-1», показали, что P1 — результат деятельности активного вулкана, впоследствии названного Пеле, а P2 связан с вулканической впадиной Патера Локи, в которой находится богатое серой лавовое озеро.

Специалисты пришли к выводу, что на Ио есть действующие вулканы, и они, скорее всего, причина “молодой поверхности спутника”, а желтые, белые, оранжевые отложения не что иное, как выброшенные во время извержений на поверхность вещества: различные силикаты, сера, диоксид серы.

На других снимках Ио, полученных «Вояджером-1», ученые обнаружили восемь вулканических шлейфов.

Фото: NASA / Цветная мозаика поверхности Ио, составлена из снимков, сделанных зондом "Вояджер-1". На изображении запечатлен действующий вулкан Пеле, а также вулканический шлейф, который достигает 300 км в высоту.

Открытия зонда и последующие наблюдения за спутником Юпитера помогли специалистам понять, что Ио — самый геологически активный мир в Солнечной системе, на сегодняшний день на нем насчитывается порядка 400 действующих вулканов.

источник

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