36 лет назад в космос был запущен космический аппарат “Вояджер-2”. И хотя в последние годы его более быстро летящий брат-близнец “Вояджер-1” куда больше на слуху (чего стоят одни споры насчет того, вышел он за пределы Солнечной системы или нет), не стоит забывать что “Вояджер-2” по-прежнему удерживает уникальное достижение - еще ни одному космическому аппарату ни до, ни после него не удавалось изучить одним заходом четыре планеты Солнечной системы. Причем, если к Сатурну и Юпитеру позже запускались другие аппараты, то Уран и Нептун с тех пор больше никто не посещал. Так что неизвестно, сколько еще десятилетий нам придется довольствоваться той информацией, что передал “Вояджер-2”.
Замысел
А началось все в конце 60-х годов. Благодаря тому, что все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе, образовав своего рода гигантскую "дугу" (такое событие бывает раз в 175 лет), инженеры NASA задумали миссию, которая смогла одним бы заходом изучить все четыре планеты за очень короткий промежуток времени используя их гравитационное поле для ускорения.
Один из авторов и бессменный руководитель программы "Вояджер" профессор Эд Стоун.
Что интересно, большинство нынешних участников проекта родилось позже, чем были запущены сами аппараты.
Изначальный план состоял в том, чтобы отправить в космос четыре космических корабля - но из-за значительного урезания бюджета NASA в начале 70-х, деньги были выделены только на два зонда, которые должны были изучить Юпитер и Сатурн. К счастью, создателям аппарата удалось добиться плана полета, предусматривающего возможность продления миссии "Вояджера-2" для изучения Урана и Нептуна. Для этого требовалось, чтобы “Вояджер-1” полностью выполнил все поставленные перед им задачи. К счастью, “Вояджер-1” сработал безупречно.
Старт
В соответствии с практикой тех лет, всего было построено три аппарата с бортовыми номерами VGR 77-1, VGR 77-2 и VGR 77-3. Последний был резервным, на тот случай если на каком-то из основных аппаратов будут обнаружены неполадки. Эта практика полностью себя оправдала когда на испытаниях аппарата с номером VGR 77-2 возникли проблемы - и потому его пришлось заменить на VGR 77-3, который и был запущен 20 августа 1977 года и известен теперь как "Вояджер-2".
Через две недели, 5 сентября 1977 года стартовал "Вояджер-1". Кому-то может показаться странным, что аппарат с номером 2 стартует раньше чем номер 1 - но первый "Вояджер" шел по более быстрой и экономичной траектории, и потому вскоре обогнал своего “брата”. VGR 77-2 же остался на Земле и сейчас инженеры отрабатывают на нем все команды, перед тем как передать их непосредственно на сами аппараты.
Юпитер
Зонд достиг Юпитера в июле 1979 году. “Вояджер-2” более близко подошёл к Европе и Ганимеду, чем “Вояджер-1” - переданные им снимки позволили выдвинуть гипотезу о существовании жидкого океана под поверхностью Европы.
Слева направо и сверху вниз: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто
Обследование самого крупного спутника в Солнечной системе Ганимеда, показало, что он покрыт корой "грязного" льда, а его поверхность значительно старше поверхности Европы. Кроме того, пролетая мимо спутника Юпитера Ио, "Вояджер-2" подтвердил его продолжающуюся вулканическую активность, которая по словам Эда Стоуна является его персонально самым любимым открытием, сделанным в ходе миссии.
Ио на фоне Юпитера
Сатурн
Август 1981 года. Аппарат пролетает вблизи Сатурна и передает подробные фотографии газового гиганта, его колец и спутников (в том числе, Тефии, Япета и Энцелада).
Энцелад и Япет
На фотографии справа изображен фрагмент колец Сатурна. На фотографии слева - прощальное фото навсегда покидавшего нашу систему "Вояджера-1".
Уран
В январе 1985 года "Вояджер-2" пролетел вблизи Урана, передав на Землю тысячи снимков планеты, его спутников и колец. Благодаря этим фотографиям, учёные обнаружили 10 новых спутников, два новых кольца и исследовали девять уже известных.
Кольца Урана
Сам Уран получился достаточно невыразительным на фотографиях в видимом спектре, но вот снимки его спутников, в частности Миранды, удивили исследователей.
Слева направо: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон
До этого считалось что маленькие спутники быстро охлаждаются после своего образования, и представляют собой однообразную пустыню, испещрённую кратерами. Однако выяснилось, что на поверхности Миранды пролегают долины и горные хребты, среди которых были заметны скалистые утёсы. Это говорит о том, что история луны богата тектоническими и термальными явлениями.
На фотографии слева - Титания. Справа - Миранда.
"Прошальное" фото Урана
Нептун
24 августа 1989 года аппарат пролетел в 48 тыс. км от поверхности Нептуна, который с 2008 года считается последней планеты Солнечной системы. Несмотря на то, что к тому моменту полет длился уже 12 лет, отклонение корабля от начального графика составило всего несколько минут.
Были получены красивые снимки Нептуна и его уникального путника Тритона. На Тритоне были обнаружен криовулканизм, что стало большой неожиданностью для всех участников проекта.
"Вояджер-2" покидает Нептун и Тритон. Одна из последних сделанных аппаратом фотографий
Технические проблемы и их решение
Поскольку полёт «Вояджера-2» продлился гораздо дольше, чем было запланировано, ученым сопровождавшим миссию, пришлось решить огромное количество технических проблем. Заложенные изначально правильные подходы к конструированию аппаратов позволили это сделать. К наиболее значимым и успешно решённым проблемам можно отнести:
*Выход из строя компенсатора частоты сигнала радиопередатчика. Это устройство должно было подстраивать несущую частоту радиопередатчика в связи с тем, что она, у двигающегося со скоростью порядка 11,5 км/с аппарата, испытывает значительное смещение Допплера. Проблема была решена созданием в максимально сжатые сроки земного аналога этого устройства, но уже для наземного приёмного комплекса, работающего до сих пор. Без него связь с аппаратом была бы невозможна.
*Выход из строя одной из ячеек оперативной памяти бортовой ЭВМ — программу удалось переписать и загрузить так, что этот бит перестал влиять на нее.
*На определённом участке полёта применявшаяся система кодирования управляющего сигнала уже переставала отвечать требованиям достаточной помехозащищённости из-за ухудшения отношения сигнал/шум. В бортовую ЭВМ была загружена новая программа, осуществлявшая кодирование гораздо более защищённым кодом (был применён двойной код Рида — Соломона). Самое интересное то, что в 1977 году этот способ кодировки еще не существовал.
*В 2010 году, получив искаженное сообщение от зонда, команда провела тщательный дамп памяти, используя один из резервных компьютеров, и выяснила, что один бит в программе изменился с 0 на 1. Перезагрузка программы все исправила.
*При пролёте плоскости колец Сатурна бортовая поворотная платформа с телекамерами была заклинена, возможно, частицей этих колец. Осторожные попытки поворота её несколько раз в противоположные стороны позволили, в конце концов, разблокировать платформу.
*Падение мощности питающих изотопных элементов потребовало составления сложных циклограмм работы бортового оборудования, часть которого начали время от времени отключать, чтобы предоставить другой части достаточно электроэнергии.
*Огромное удаление аппарата от Земли потребовало многократной модернизации наземного приёмо-передающего комплекса, чтобы принимать слабеющий сигнал.
Планета X
Данные полученные "Вояджером-2" позволили ученым положить конец почти вековой дискуссии о существовании т.н. Планеты X - гипотетического небесного тела, оказывающего необъяснимое влияние на орбиту Урана. Поиски этого тела в свое время привели к открытию Плутона - но когда выяснилось, что его масса составляет лишь 0,002% от земной, стало понятно, что он никак не может вызывать такие отклонения.
Точка в этой истории была поставлена в 1994 году, когда по результатам уточнения массы Нептуна, проведенного на основании анализа данных полученных “Вояджером-2”, выяснилось что она на 0,5% меньше расчетной (разница была сопоставима с массой Марса). В результате исчезли несоответствия в орбите Урана, а с ними и надобность в Планете X.
Настоящее и будущее
В настоящее время, "Вояджер-2" находится на расстоянии 102 а.е. от Солнца и продолжает удаляться от него еще на 3.2 а.е. в год (для сравнения - "Вояджер-1" находится на расстоянии 125 а.е. от Солнца). Данные полученные с зонда позволяют предположить что гелиосфера ("пузырь", в пределах которого Солнце, его магнитное поле и солнечный ветер доминируют над межзвёздной средой), имеет выпуклость, направленную наружу (в северном полушарии нашей системы), и впадину, направленную внутрь (в южном полушарии).
И так как "Вояджер-2" летит как раз в “южном” направлении, то это означает, что он может успеть выйти в межзвездное пространство еще до того, как иссякнут его радиоизотопные элементы, что случится между 2020 и 2025 годами.
После того как будет утеряна связь, аппарат отправится в бесконечной путешествие к звездам. 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. На его борту каждого из “Вояджеров” находится золотая пластинка с нашим посланием к другим цивилизациям . Возможно, однажды какой-то другой разумный вид получит его и сможет расшифровать.
Запуск космического аппарата «Вояджер-1» произошел 5 сентября 1977 года космическим центром Кеннеди
Запуск «Воядржера-1» произошел с мыса Канаверал 5 сентября 1977 года. Его близнец «Вояджер-2», что интересно, стартовал с Земли на 16 дней раньше — 20 августа того же года. Каждый из космических аппаратов несет на борту множество различных инструментов для научных исследований, а также по золотой пластинке со звуками с Земли и табличке с диаграммами, на которых указано месторасположение нашей планеты.
9. Земля и Луна в одном кадре
Спустя примерно две недели с момента запуска, 18 сентября 1977 года, «Вояджер-1» сделал три изображения Земли и Луны, которые впоследствии были собраны в один фотоснимок. Луну на нем сделали более яркой, чтобы можно было более детально ее разглядеть. Это был первый в истории случай, когда на одну фотографию попали и Земля, и Луна, говорят в NASA.
8. Бледная голубая точка
Это мы!
14 февраля 1990 года «Вояджер-1» находился на расстоянии примерно в 6 миллиардов километров от Земли. Командный центр подал запрос на космический аппарат, чтобы тот развернулся в нашу сторону и сделал снимки планет Солнечной системы. Среди этих снимков оказалась знаменитая «голубая точка». Наша Земля.
«Посмотрите еще раз на эту бледную голубую точку. Вон там. Это наш дом. Это мы!», — писал в 1997 году астроном Карл Саган в своей книге.
7. Луны Сатурна на фоне его f-кольца
Прометей, маленькая картофелеобразная луна Сатурна, запечатленная камерой «Вояджер-1» на фоне f-кольца планеты
«Вояджер-1» нашел Прометея и Пандору — две луны Сатурна, которые удерживают f-кольцо газового гиганта на более удаленном от общего образования колец расстоянии. В начале этого года ученые обнаружили, что кольца Сатурна имеют очень интересную особенность — на них идут дожди, которые падают на планету.
6. На спутниках Сатурна есть вода
Энцелад, один из спутников Сатурна, заснятый зондом «Вояджер-1»
После многих лет изучения лун Сатурна лишь в виде маленьких светящихся точек, «Вояджер-1» смог пролететь мимо нескольких из них: Дионы, Энцелада, Мимаса, Реи, Тефии и Титана. Большинство этих лун, на удивление ученых, оказались покрыты льдом, что поставило под вопрос ранние предположения о том, что вода в Солнечной системе встречается крайне редко. Благодаря «Вояджеру-1» теперь мы знаем об этих космических телах больше, чем раньше.
5. Оранжевая дымка Титана
Титан — одна из лун Сатурна, покрытая толстым слоем оранжевой дымки
«Вояджер-1» делает фотографию, которая затем последующие несколько десятков лет терзает умы астрономов со всего мира. Что скрывается под этой таинственной дымкой Титана, одного из спутников Сатурна? Вопрос настолько впивается в головы ученых, что посылает к луне космический зонд «Гюйгенс», который в 2005 году осуществляет успешную посадку на этот спутник.
4. Обнаружение активных вулканов на Ио
На этой фотографии, сделанной «Вояджером-1», видны активные вулканы (темные пятна) Ио
Открытия «Водяжера-1» показали нам, что Солнечная система богата разнообразными интереснейшими планетарными спутниками. Например, на Ио, самом близком спутнике Юпитера, как оказалось, постоянно развивается вулканическая активность.
3. «Вояджер-1» — самый удаленный от Земли рукотворный космический объект
В 2013 году создана компьютерная модель положения «Вояджера-1» внутри Солнечной системы вместе с позициями «Вояджера-2», а также космических спутников «Пионер-10» и «Пионер-11».
17 февраля 1998 года «Вояджер-1» становится самым далеким от Земли рукотворным космическим объектом, обогнав другой очень удаленный от нашей планеты зонд — космический аппарат «Пионер-10».
2. Мчась по магнитному шоссе
Зонд NASA «Вояджер-1» проносится через регион нашей Солнечной системы, называемый магнитным шоссе. Изображение художника
В декабре прошлого года (хотя сам факт этого произошел 28 июля 2012 года) аэрокосмическое агентство NASA объявляет о том, что «Вояджер-1» вошел в зону космоса, где высокозаряженные магнитные частицы начинают просачиваться сквозь «пузырь» низкозаряженных частиц, образуемых нашим Солнцем. Таким образом, «Вояджер» обнаруживает новый регион космоса — гелиосферу, о наличии которой ученые до этого даже и не подозревали.
«Этот регион примечателен тем, что магнитное поле Солнца здесь соединяется с внешним космосом. Это как шоссе, где частицы двигаются то в одном, то в другом направлении», — рассказывает Эд Стоун, один из ученых проекта.
После того как «Воджер-1» достиг этого пространства и передал данные, которые были проанализированы различными командами ученых, среди научных сотрудников сразу вспыхнуло пламя споров о том, достиг ли зонд межзвездного пространства.
1. Внешний космос
Этот график, построенный на данных переданных зондом, показывает, что «Вояджер-1» достиг межзвездного пространства. Синяя линия указывает на плотность частиц, которая резко сократилась вскоре после того как зонд покинул область воздействия Солнца и вошел в так называемую область гелиосферной ударной волны (termination shock), где сила солнечного ветра (частиц, выбрасываемых Солнцем) многократно уменьшилась
«Вояджер-1» находится в межзвездном пространстве и, к счастью для нас, его ядерного реактора хватит еще на несколько лет работы и питания оборудования для возможности передачи на Землю новых научных данных. Все его инструменты будут выключены к 2025 году, после этого с зонда будут поступать только данные о его техническом состоянии. Много тысяч лет спустя, а если точнее, в 40 272 году после нашей эры безжизненный проводник человечества в бескрайние просторы космоса будет пролетать на расстоянии в 1,7 световых лет мимо звезды AC+79 3888, расположенной в созвездии Малой Медведицы, а затем отправится в путешествие продолжительностью в несколько миллионов лет к центру нашего .
Описание
Вояджер (англ. voyager, путешественник) — название серии американских космических аппаратов, а также название проекта по исследованию дальних планет Солнечной системы с участием аппаратов данной серии. «Вояджеры» стали третьим и четвёртым космическим аппаратом, покинувшим пределы солнечной системы, первыми двумя были «Пионер-10» и «Пионер-11».
Проект «Вояджер» — один из самых выдающихся экспериментов, выполненных в космосе в последней четверти XX века. Расстояния до планет-гигантов слишком велики для средств земного наблюдения. Поэтому отправленные на Землю «Вояджерами» фотоснимки и данные измерений имеют большую научную ценность.
Идея проекта впервые появилась в конце 60-х годов, незадолго до запуска первых пилотируемых аппаратов к Луне и аппаратов «Пионер» к Юпитеру.
Первоначально планировалось исследовать только Юпитер и Сатурн. Однако благодаря тому, что все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе Солнечной системы («парад планет») было возможно использование гравитационных маневров для облёта всех внешних планет, за исключением Плутона. После того, как Вояджер-1 успешно выполнил программу исследования Сатурна и его спутника Титана было принято окончательное решение направить Вояджер-2 к Урану и Нептуну. Для этого пришлось слегка изменить его траекторию, отказавшись от близкого пролёта около Титана.
«Вояджер» — довольно крупное сооружение. Это высокоавтономный робот, оснащённый собственными энергетическими установками, ракетными двигателями, компьютерами, системой радиосвязи, управления и научными приборами для исследования внешних планет, массой около 815 кг.
Всего было создано и отправлено в космос два таких аппарата:
— Вояджер-1
— Вояджер-2.
Оснащение
Каждый Вояджер был оснащен широкоугольной камерой, с областью видимости 3 гр., и камеру с областью видимости 0.5 гр. Строение камер показано на рисунке p2.
Таблицы A-1 и A-2 показывают основные их характеристики. Объекты на поверхности, размером 1 км могли быть обнаружены с расстояния 55000 км. На рисунке p3 фотография Луны, сделанная телескопом, которая показывает возможности камеры с малым углом на Вояджере.
Рисунок p3. Фотография Луны, показывающая возможности камеры с малым углом на Вояджере. Картинка получена с Земли, область видимости — 0.42° x 0.42°.
Изображение было преобразовано в 8-битный формат (256 оттенков серого), размер пикселя — 3.5 x 3.5 км.
Рисунок p4. Фотография Луны, показывающая возможности широкоугольной камеры. Размер пикселя 27 x 27 км.
Таблица А-1
Таблица А-2
Также Вояджер был оснащен плазменным комплексом:
— детектор плазмы;
— детектор заряженных частиц низких энергий;
— детектор космических лучей;
— магнитометры высокой и низкой чувствительности;
— приёмник плазменных волн.
А также спектрометрами: инфракрасным, диапазон от 4 до 50 мкм, и ультрафиолетовым, диапазон 50-170 нм. На борту к тому же был фотополяриметр.
Энергооснащение аппарата
В отличие от космических аппаратов исследующих внутренние планеты, «Вояджеры» не могли применять солнечные батареи, так как поток солнечной радиации по мере удаления аппаратов от Земли становился слишком мал. На «Вояджерах» установлены три радиоизотопных термоэлектробатареи с эффективностью около 5%, нагреваемые тепловыделяющими элементами из окиси плутония. Общая мощность такой батареи вначале составляла почти полкиловатта электроэнергии, однако по мере распада плутония мощность падает.
Послание внеземным цивилизациям
К борту каждого «Вояджера» прикрепили круглую алюминиевую коробку, положив туда позолоченный видеодиск. На диске 115 слайдов, на которых собраны важнейшие научные данные, виды Земли, её материков, различные ландшафты, сцены из жизни животных и человека, их анатомическое строение и биохимическая структура, включая молекулу ДНК.
В двоичном коде сделаны необходимые разъяснения и указано местоположение Солнечной системы относительно 14 мощных пульсаров. В качестве «мерной линейки» указана сверхтонкая структура молекулы водорода (1420 МГц).
Кроме изображений на диске записаны и звуки: шёпот матери и плач ребёнка, голоса птиц и зверей, шум ветра и дождя, грохот вулканов и землетрясений, шуршание песка и океанский прибой.
Человеческая речь представлена на диске короткими приветствиями на 58 языках народов мира. По-русски сказано: «Здравствуйте, приветствую вас!». Особую главу послания составляют достижения мировой музыкальной культуры. На диске записаны произведения Баха, Моцарта, Бетховена, джазовые композиции Луи Армстронга, Чака Берри и народная музыка многих стран.
На диске записано также обращение Картера, который в 1977 г. был президентом США. Вольный перевод обращения звучит так:
«Этот аппарат создан в США, стране с населением 240 млн. человек среди 4-миллиардного населения Земли. Человечество, все ещё разделено на отдельные нации и государства, но страны быстро идут к единой земной цивилизации.
Мы направляем в космос это послание. Оно, вероятно, выживет в течение миллиарда лет нашего будущего, когда наша цивилизация изменится и полностью изменит лик Земли: Если какая-либо цивилизация перехватит «Вояджер» и сможет понять смысл этого диска, — вот наше послание:
Это — подарок от маленького далёкого мира: наши звуки, наша наука, наши изображения, наша музыка, наши мысли и чувства. Мы пытаемся выжить в наше время, чтобы жить и в вашем. Мы надеемся, настанет день, когда будут решены проблемы, перед которыми мы стоим сегодня, и мы присоединимся к галактической цивилизации. Эти записи представляют наши надежды, нашу решимость и нашу добрую волю в этой Вселенной, огромной и внушающей благоговение».
Аппараты покидают солнечную систему
После встречи с Нептуном траектория «Вояджера-2» отклонилась к югу. Теперь его полет проходит под углом 48° к эклиптике, в южной полусфере. «Вояджер-1» поднимается над эклиптикой (начальный угол 38°). Аппараты навсегда покидают пределы солнечной системы.
Технические возможности аппарата таковы: энергии в радиоизотопных термоэлектрических батареях хватит для работы аппарата по минимальной программе примерно до 2025 г. Проблемой может стать возможная потеря Солнца солнечным датчиком, так как с большого расстояния Солнце становится все более тусклым. Тогда направленный радиолуч уйдёт с Земли и аппарат умолкнет. Это может произойти около 2030 г.
Теперь из научных исследований «Вояджеров» на первом месте — изучение гелиопаузы (границы между межзвёздной и солнечной плазмой). К маю 2006 оба аппарата достигли гелиопаузы и это привело к новому открытию: данная граница неожиданно оказалась ассиметричной — на расстоянии 85 и 73 астрономических единицы (южная граница ближе к Солнцу). Природу этой ассиметрии ещё предстоит объяснить.
Путь «Вояджера 1»
Вояджер-1 стартовал 5 сентября 1977. Для него была выбрана более короткая трасса, чем для «Вояджера-2»: Вояджер-1 должен был посетить только Юпитер и Сатурн. Длительность миссии первоначально была определена в 5 лет.
5 марта 1979 — Вояджер-1 достиг планеты Юпитер, 12 ноября 1980 — пролетел на минимальном расстоянии от Сатурна.
Космический аппарат прошёл в юпитерианской системе вблизи Ио и Каллисто, а в системе Сатурна — около Титана, Реи и Мимаса. После встречи с Сатурном «Вояджер-1» покинул плоскость эклиптитики.
15 ноября 2003 — Вояджер-1 достиг границ солнечной системы. Аппарат оказался в зоне действия турбулентности, которая возникает, когда сталкиваются солнечный и межзвёздный ветры.
Положение аппаратов программы Вояджер
24 мая 2005 — на конференции в Новом Орлеане представители НАСА объявили, что Вояджер-1 покинул область, называемую предельным (конечным) ударом (или область ударного торможения, en:Termination shock). Это область, где солнечный ветер тормозится перед встречей со внешней средой со скорости 1,1-2,4 млн. км/ч и становится более плотным и тёплым. Покинув эту область, аппарат приближается к гелиопаузе — границе Солнечной Системы — там, где солнечный ветер сливается с межзвёздной средой.
Путь «Вояджера 2»
Аппарат идентичен «Вояджеру-1». За счёт гравитационного манёвра у Сатурна и Урана, «Вояджер-2» смог на 20 лет сократить срок полёта к Нептуну по сравнению с прямой траекторией с Земли.
Аппарат передал на Землю тысячи снимков Урана, его спутников и колец. Благодаря этим фотографиям, учёные обнаружили два новых кольца, и исследовали девять уже известных, помимо этого были обнаружены 10 новых спутников Урана.
Вояджер-2″ близко подошёл к Европе и Ганимеду, галилеевым спутникам, не исследованным ранее «Вояджером-1».Золотой диск, содержащий послание внеземным цивилизациям. 25 августа 1981 — максимальное сближение с Сатурном (101 тыс. км).
Траектория зонда прошла около спутников Сатурна Тефии и Энцелада.
Вот предполагаемая дальнейшая судьба аппарата:
— 8571 г. — «Вояджер-2» будет в 4 световых годах от Звезды Барнарда.
— 20319 г. — он пройдёт на минимальном расстоянии, 3,5 световых года от звезды Проксима Центавра.
— 296036 г. — «Вояджер-2» подойдёт к Сириусу на расстояние 4,3 световых года.
36 лет назад в космос был запущен космический аппарат “Вояджер-2”. И хотя в последние годы его более быстро летящий брат-близнец “Вояджер-1” куда больше на слуху (чего стоят одни споры насчет того, ), не стоит забывать что “Вояджер-2” по-прежнему удерживает уникальное достижение - еще ни одному космическому аппарату ни до, ни после него не удавалось изучить одним заходом четыре планеты Солнечной системы. Причем, если к Сатурну и Юпитеру позже запускались другие аппараты, то Уран и Нептун с тех пор больше никто не посещал. Так что неизвестно, сколько еще десятилетий нам придется довольствоваться той информацией, что передал “Вояджер-2”.
Замысел
А началось все в конце 60-х годов. Благодаря тому, что все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе, образовав своего рода гигантскую "дугу" (такое событие бывает раз в 175 лет), инженеры NASA задумали миссию, которая смогла одним бы заходом изучить все четыре планеты за очень короткий промежуток времени используя их гравитационное поле для ускорения.
Один из авторов и бессменный руководитель программы "Вояджер" профессор Эд Стоун.
Что интересно, большинство нынешних участников проекта родилось позже, чем были запущены сами аппараты.
Изначальный план состоял в том, чтобы отправить в космос четыре космических корабля - но из-за значительного урезания бюджета NASA в начале 70-х, деньги были выделены только на два зонда, которые должны были изучить Юпитер и Сатурн. К счастью, создателям аппарата удалось добиться плана полета, предусматривающего возможность продления миссии "Вояджера-2" для изучения Урана и Нептуна. Для этого требовалось, чтобы “Вояджер-1” полностью выполнил все поставленные перед им задачи. К счастью, “Вояджер-1” сработал безупречно.
Старт
В соответствии с практикой тех лет, всего было построено три аппарата с бортовыми номерами VGR 77-1, VGR 77-2 и VGR 77-3. Последний был резервным, на тот случай если на каком-то из основных аппаратов будут обнаружены неполадки. Эта практика полностью себя оправдала когда на испытаниях аппарата с номером VGR 77-2 возникли проблемы - и потому его пришлось заменить на VGR 77-3, который и был запущен 20 августа 1977 года и известен теперь как "Вояджер-2".
Через две недели, 5 сентября 1977 года стартовал "Вояджер-1". Кому-то может показаться странным, что аппарат с номером 2 стартует раньше чем номер 1 - но первый "Вояджер" шел по более быстрой и экономичной траектории, и потому вскоре обогнал своего “брата”. VGR 77-2 же остался на Земле и сейчас инженеры отрабатывают на нем все команды, перед тем как передать их непосредственно на сами аппараты.
Юпитер
Зонд достиг Юпитера в июле 1979 году. “Вояджер-2” более близко подошёл к Европе и Ганимеду, чем “Вояджер-1” - переданные им снимки позволили выдвинуть гипотезу о существовании жидкого океана под поверхностью Европы.
Слева направо и сверху вниз: Ио, Европа, Ганимед, Каллисто
Обследование самого крупного спутника в Солнечной системе Ганимеда, показало, что он покрыт корой "грязного" льда, а его поверхность значительно старше поверхности Европы. Кроме того, пролетая мимо спутника Юпитера Ио, "Вояджер-2" подтвердил его продолжающуюся вулканическую активность, которая по словам Эда Стоуна является его персонально самым любимым открытием, сделанным в ходе миссии.
Ио на фоне Юпитера
Сатурн
Август 1981 года. Аппарат пролетает вблизи Сатурна и передает подробные фотографии газового гиганта, его колец и спутников (в том числе, Тефии, Япета и Энцелада).
Энцелад и Япет
На фотографии справа изображен фрагмент колец Сатурна. На фотографии слева - прощальное фото навсегда покидавшего нашу систему "Вояджера-1".
Уран
В январе 1985 года "Вояджер-2" пролетел вблизи Урана, передав на Землю тысячи снимков планеты, его спутников и колец. Благодаря этим фотографиям, учёные обнаружили 10 новых спутников, два новых кольца и исследовали девять уже известных.
Кольца Урана
Сам Уран получился достаточно невыразительным на фотографиях в видимом спектре, но вот снимки его спутников, в частности Миранды, удивили исследователей.
Слева направо: Миранда, Ариэль, Умбриэль, Титания и Оберон
До этого считалось что маленькие спутники быстро охлаждаются после своего образования, и представляют собой однообразную пустыню, испещрённую кратерами. Однако выяснилось, что на поверхности Миранды пролегают долины и горные хребты, среди которых были заметны скалистые утёсы. Это говорит о том, что история луны богата тектоническими и термальными явлениями.
На фотографии слева - Титания. Справа - Миранда.
"Прошальное" фото Урана
Нептун
24 августа 1989 года аппарат пролетел в 48 тыс. км от поверхности Нептуна, который с 2008 года считается последней планеты Солнечной системы. Несмотря на то, что к тому моменту полет длился уже 12 лет, отклонение корабля от начального графика составило всего несколько минут.
Были получены красивые снимки Нептуна и его уникального путника Тритона. На Тритоне были обнаружен криовулканизм, что стало большой неожиданностью для всех участников проекта.
"Вояджер-2" покидает Нептун и Тритон. Одна из последних сделанных аппаратом фотографий
Технические проблемы и их решение
Поскольку полёт «Вояджера-2» продлился гораздо дольше, чем было запланировано, ученым сопровождавшим миссию, пришлось решить огромное количество технических проблем. Заложенные изначально правильные подходы к конструированию аппаратов позволили это сделать. К наиболее значимым и успешно решённым проблемам можно отнести:
*Выход из строя компенсатора частоты сигнала радиопередатчика. Это устройство должно было подстраивать несущую частоту радиопередатчика в связи с тем, что она, у двигающегося со скоростью порядка 11,5 км/с аппарата, испытывает значительное смещение Допплера. Проблема была решена созданием в максимально сжатые сроки земного аналога этого устройства, но уже для наземного приёмного комплекса, работающего до сих пор. Без него связь с аппаратом была бы невозможна.
*Выход из строя одной из ячеек оперативной памяти бортовой ЭВМ — программу удалось переписать и загрузить так, что этот бит перестал влиять на нее.
*На определённом участке полёта применявшаяся система кодирования управляющего сигнала уже переставала отвечать требованиям достаточной помехозащищённости из-за ухудшения отношения сигнал/шум. В бортовую ЭВМ была загружена новая программа, осуществлявшая кодирование гораздо более защищённым кодом (был применён двойной код Рида — Соломона). Самое интересное то, что в 1977 году этот способ кодировки еще не существовал.
*В 2010 году, получив искаженное сообщение от зонда, команда провела тщательный дамп памяти, используя один из резервных компьютеров, и выяснила, что один бит в программе изменился с 0 на 1. Перезагрузка программы все исправила.
*При пролёте плоскости колец Сатурна бортовая поворотная платформа с телекамерами была заклинена, возможно, частицей этих колец. Осторожные попытки поворота её несколько раз в противоположные стороны позволили, в конце концов, разблокировать платформу.
*Падение мощности питающих изотопных элементов потребовало составления сложных циклограмм работы бортового оборудования, часть которого начали время от времени отключать, чтобы предоставить другой части достаточно электроэнергии.
*Огромное удаление аппарата от Земли потребовало многократной модернизации наземного приёмо-передающего комплекса, чтобы принимать слабеющий сигнал.
Планета X
Данные полученные "Вояджером-2" позволили ученым положить конец почти вековой дискуссии о существовании т.н. Планеты X - гипотетического небесного тела, оказывающего необъяснимое влияние на орбиту Урана. Поиски этого тела в свое время привели к открытию Плутона - но когда выяснилось, что его масса составляет лишь 0,002% от земной, стало понятно, что он никак не может вызывать такие отклонения.
Точка в этой истории была поставлена в 1994 году, когда по результатам уточнения массы Нептуна, проведенного на основании анализа данных полученных “Вояджером-2”, выяснилось что она на 0,5% меньше расчетной (разница была сопоставима с массой Марса). В результате исчезли несоответствия в орбите Урана, а с ними и надобность в Планете X.
Настоящее и будущее
В настоящее время, "Вояджер-2" находится на расстоянии 102 а.е. от Солнца и продолжает удаляться от него еще на 3.2 а.е. в год (для сравнения - "Вояджер-1" находится на расстоянии 125 а.е. от Солнца). Данные полученные с зонда позволяют предположить что гелиосфера ("пузырь", в пределах которого Солнце, его магнитное поле и солнечный ветер доминируют над межзвёздной средой), имеет выпуклость, направленную наружу (в северном полушарии нашей системы), и впадину, направленную внутрь (в южном полушарии).
И так как "Вояджер-2" летит как раз в “южном” направлении, то это означает, что он может успеть выйти в межзвездное пространство еще до того, как иссякнут его радиоизотопные элементы, что случится между 2020 и 2025 годами.
После того как будет утеряна связь, аппарат отправится в бесконечной путешествие к звездам. 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. На его борту каждого из “Вояджеров” находится золотая пластинка с нашим . Возможно, однажды какой-то другой разумный вид получит его и сможет расшифровать.
На днях NASA объявило о том, что 19 июля находящийся на орбите Сатурна зонд Кассини сфотографирует Землю , которая на момент съемки будет находиться на расстоянии 1.44 миллиарда километров от аппарата. Это не первая фотосессия такого плана, но первая о которой было объявлено заранее. Специалисты NASA надеется, что новое изображение займет почетное место в ряду таких знаменитых снимков Земли. Так это или нет, покажет время, а пока мы можем вспомнить историю фотографирования нашей планеты из глубин космоса.
С давних пор людям всегда хотелось взглянуть на нашу планету с высоты. Появление авиации дало человечеству возможность подняться за облака, а вскоре бурное развитие ракетной техники сделало возможным получение фотографий с поистине космических высот. Первые снимки из космоса (если принимать стандартв ФАИ, по которым космос начинается с высоты 100 км. над уровнем моря) были сделаны в 1946 году с помощью трофейной ракеты ФАУ-2.
Первая попытка фотосъемки земной поверхности со спутника была предпринята в 1959 году. Спутник Эксплорер-6 сделал вот эту вот замечательную фотографию.
Кстати, после того как миссия Эксплорера-6 была завершена, он еще послужил американской Родине, став мишенью для испытаний противоспутниковых ракет.
С тех пор спутниковая фотография развивилась невероятными темпами и теперь можно найти кучу снимков любых частей земной поверхности на любой вкус. Но абсолютное большинство этих фото сделано с низкой околоземной орбиты. Как же выглядит Земля с более отдаленных дистанций?
Снимка Апполонов
Единственными людьми, которые могли видеть всю Землю целиком (грубо говоря в одном кадре) были 24 человека из экипажей Аполлонов. В наследство от этой программы нам осталось несколько классических снимков.
А вот снимок сделанный с Аполлона-11 , где четко виден земной терминатор (и да, речь не об известном боевике, а о линии разделяющей освещенную и неосвещенную части планеты).
Фото земного серпа над поверхностью Луны, сделанное экипажем Аполлона-15.
Еще один восход Земли, в этот раз над так называемой темной стороной Луны. Фото сделано с Апполона-16 .
"The Blue Marble" - еще одна иконическая фотография, сделанная 7 декабря 1972 года экипажем Аполлона-17 с расстояния примерно 29 тысяч км. от нашей планеты. Это не был первый снимок, где можно было наблюдать полностью освещенную Землю, но он стал одним из самых известных. Астронавты Аполлона-17 пока что являются последними людьми, которые могли наблюдать Землю с такого ракурса. К 40 летию фото, NASA сделала ремейк этого фото , склеив кучу кадров с разных спутников в едином композитном снимке. Существует и российский аналог, сделанный со спутника Электро-М.
Если смотреть с поверхности Луны, то Земля постоянно находится на одной и той же точке неба. Поскольку Аполлоны сажались в экваториальных областях, то для того чтобы сделать патриотическую аватарку, астронавтам пришлось как следует наловчиться.
Снимки с умеренных дистанций
Помимо Аполлонов, Землю с большого расстояния фотографировал ряд АМС. Вот самые известные из этих снимков
Очень известный снимок Вояджера-1, сделанный 18 сентября 1977 года с расстояния в 11,66 миллиона километров от Земли. Насколько я знаю, это было первое изображение Земли и Луны в одном кадре.
Схожий снимок, сделанный аппаратом Галилео с расстояния 6,2 миллиона километров в 1992 году
Снимок, сделанный 3 июля 2003 года с борта станции Mars Express . Расстояние до Земли - 8 миллионов километров.
А вот самый свежий, но как ни странно худший по качеству снимок сделанный миссией Юнона с расстояния 9,66 миллиона километров. Вот и думай - то ли NASA совсем уж сэкономила на камерах, то из-за финансового кризиса у них поувольнялись все сотрудники, отвечающие за фотошоп.
Снимки с марсианской орбиты
Вот так например Земля и Юпитер выглядели с орбиты Марса. Снимки были сделаны 8 мая 2003 года аппаратом Mars Global Surveyor , находившися на тот момент на расстоянии 139 миллионов километров от Земли.Стоит отметить, что камера на борту аппарата не могла делать цветных изображений и это снимки в искуственных цветах.
Схема месторасположения Марса и планет на момент съемки
А вот так Земля выглядит уже с поверхности красной планеты. Трудно не согласиться с этой надписью.
А вот еще одно изображение марсианского неба. Более яркая точка Венера, менее яркая (на которую указывают стрелочки) - наша родная планета
Кому интересно, очень атмосферное фото заката на Марсе.Чем-то напоминает похожий кадр из фильма Чужой .
Снимки с орбиты Сатурна
В большем разрешении
А вот Земля на одном из снимков, сделанных упомянуым в начале аппаратом Кассини . Сам снимок композитный, и получен в сентябре 2006 года. Его составили из 165 фотографий, сделанных в инфракрасном и ультрафиолетовом спектре, которые затем склеили и обработали, сделав цвета похожими на натуральными. В отличие от этой мозаики, во время съемки 19 июля на Земля и система Сатурна впервые будут сняты в так называемых естественных цветах, то есть такими, каким их увидел бы человеческий глаз. Кроме того, впервые Земля и Луна попадут в объектив камеры "Кассини" с самой высокой разрешающей способностью.
А вот кстати, как выглядит Юпитер с орбиты Сатурна. Снимок разумеется тоже сделан аппаратом Кассини. На тот момент газовые гиганты разделяло расстояние в 11 астрономических единиц.
Семейный портрет "изнутри" Солнечной системы
Данный портрет Солнечной системы был сделан аппаратом MESSENGER , находящимся на орбите вокруг Меркурия в ноябре 2010 года. На составленной из 34 снимков мозаике видны все планеты Солнечной системы, кроме Урана и Нептуна, которые находились слишком далеко, чтобы быть зафиксированными. На снимках можно разглядеть Луну, четыре главных спутника Юпитера и даже кусочек Млечного пути.
Собственно, наша родная планета.
Схема расположения аппарата и планет на момент съемки.
И наконец, отец всех семейных портретов и сверхдальних фотографий - мозаика из 60 фотографий, сделанных все тем же Вояджером-1 между 14 февраля и 6 июня 1990 года. После прохождения Сатурна в ноябре 1980 года аппарат в общем-то бездействовал - других небесных тел для изучения у него не осталось, а до приближения к границе гелиопаузы оставалось еще примерно 25 лет полета.
После многочисленных просьб, Карлу Сагану удалось убедить руководство NASA снова активировать выключенные десятилетие назад камеры корабля и сделать фотографию всех планет Солнечной системы. Заснять не удалось лишь Меркурий (который был слишком близко к Солнцу), Марс (чему опять же, помешал свет от Солнца) и Плутон, который попросту был слишком мал.
Cам Карл Саган так высказался об этом фото:
"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.
Наши позёрства, 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 нашего же невежества.
Земля — пока единственный известный мир, способный поддерживать жизнь. Нам больше некуда уйти — по крайней мере, в ближайшем будущем. Побывать — да. Колонизировать — ещё нет. Нравится вам это или нет — Земля сейчас наш дом".
