Чемодан, вокзал, бесконечность

12 сентября 2013 года Американское космическое агентство сообщило, что аппарат «Вояджер-1» вышел в межзвездное пространство. Несмотря на то, что сам выход состоялся более года назад, в августе 2012 года, да и понятие межзвездного пространства (равно как и понятие космического пространства) довольно условно, недооценить важность этого события нельзя — это поистине историческое достижение.

«Вояджеры»

Первоначально идея «Вояджеров» возникла в США в конце 60-х годов прошлого века, незадолго до отправки первых пилотируемых аппаратов на Луну. Дело в том, что в 1970-х годах планеты Солнечной системы должны были выстроиться особенным образом, который позволял направить траектории аппарата мимо Сатурна, Юпитера, Урана и Нептуна. Это позволило бы не только изучить сами планеты, но и использовать их гравитацию для разгона аппарата. Ученым представился уникальный шанс.

Главной целью будущей миссии должны были стать газовые гиганты Сатурн и Юпитер. Об Уране и Нептуне решили не задумываться: внесение этих объектов в программу полета потребовало бы увеличить характеристики по надежности, а следовательно, и цену аппаратов. Несмотря на это с самого начала было решено снабдить аппараты системой передачи сигнала, способной работать за границей Солнечной системы (речь идет о почти 4-метровой параболической антенне).

В 1977 году аппараты «Вояджер-1» (5 сентября) и «Вояджер-2» (20 августа) отправились в космическое пространство. В окончательной версии масса каждого из зондов составляла около 800 килограммов. Источником питания для аппаратов служили радиоизотопные источники, в которых тепловая энергия распада в сферах оксида плутония-238 превращается в электрическую. По современным подсчетам, энергии источников должно хватить примерно до 2025 года.

Читателю следует иметь в виду, что по современным меркам «Вояджеры» — это довольно примитивные (но это не значит ненадежные) аппараты. Переключение разного рода систем на них осуществляется с помощью электромеханических реле, для видео- и фотосъемки использовалась передающая электронная трубка. Для записи информации в автономном режиме на борту «Вояджера» служила магнитная лента, на которую помещалось почти 70 килобайт информации. Впрочем, чего еще было ожидать от аппаратов, запущенных в то время, когда ВАЗ-2103 был самой передовой разработкой советского автомобилестроения.

Судьба «Вояджеров» сложилась по-разному. Первый аппарат сблизился с Сатурном и Юпитером и после этого сразу полетел в сторону границы Солнечной системы. Здесь свою роль сыграло то, что траектория «Вояджера-1» проходила вблизи сатурнианского спутника Титана. Второй аппарат успел пролететь мимо Урана и Нептуна. По словам доктора физико-математических наук, главного научного сотрудника Института космических исследований РАН Леонида Ксанфомалити, в ходе миссии далеко не все шло так, как было запланировано. В частности, в какой-то момент была потеряна связь со вторым аппаратом, и в результате NASA объявило, что принимает предложения по спасению аппарата от всех желающих. Уникальный прибор удалось сохранить.

Даже если бы зондам и не удалось долететь до границ Солнечной системы, они все равно заслужили свое право войти в историю. Именно благодаря им ученые узнали огромное количество новых фактов о Сатурне и Юпитере. У последнего, например, оказалось больше двух магнитных полюсов, а также нашлись кольца, аналогичные сатурнианским; кроме того, была обнаружена вулканическая активность на Ио. Ученые установили, что Уран и Нептун на самом деле могут считаться огромными океанами, а вовсе не газовыми гигантами, как думали до полета «Вояджеров». Второй аппарат к тому же открыл у Урана сразу несколько спутников. Примечательно, что «Вояджер-2» стал первым рукотворным объектом, посетившим (то есть прошедшим в относительной близости) все планеты-гиганты Солнечной системы.

После завершения основной части миссии в 1989 году («Вояджер-2» пролетел рядом с Нептуном) NASA продлило работу аппаратов, назвав новую миссию Voyager Interstellar — то есть «Межзвездной». Со временем разные системы аппаратов отключаются — это делается для сохранения энергии. Главный вопрос, однако, заключался в том, когда же наконец «Вояджеры» окажутся в межзвездном пространстве? И доживут ли аппараты до этого момента?

Полет к границе

Тут необходимо сразу сделать несколько замечаний.

Во-первых, с точки зрения астрономии Солнечная система — это небесные тела (например, планеты, кометы), вращающиеся вокруг Солнца. Расстояние до облака Оорта, которое считается источником долгопериодических комет, оценивается в 50-100 тысяч астрономических единиц (то есть средних расстояний от Земли до Солнца). При этом расстояние до первого из аппаратов сейчас составляет около 125 астрономических единиц. Таким образом, аппараты все еще находятся в Солнечной системе и, более того, будут находиться в ней до уже упоминавшегося 2025 года, когда, по подсчетам инженеров, их приборам перестанет хватать питания от радиоизотопных источников.

Во-вторых, сам термин «межзвездное пространство» — это такая же условность, как и термин «космическое пространство», которое, согласно определению Международной авиационной федерации, начинается на высоте 100 километров. Более того, до недавнего времени перед учеными и не стояло задачи давать точное определение: вполне работало условное «где-то там за границами гелиосферы» (гелиосферой называется область пространства, где «дует» солнечный ветер). Саму гелиосферу аппарат покинул еще в 2010 году, перейдя в область, где скорость этого самого ветра падает до нуля. В результате ученые договорились считать, что межзвездное пространство начинается там, где плотность вещества (оно пребывает в виде плазмы) достигает определенного значения.

В чем же суть нового сообщения NASA?

В 2004 году «Вояджер-1» обнаружил, что плотность плазмы вокруг него растет. В марте 2012 года на Солнце произошла мощная вспышка, эхо от которой докатилось до аппарата в апреле 2013 года. Вспышка заставила плазму вокруг аппарата колебаться. Эти колебания регистрировались системой PSW (изначально предназначенной для анализа магнитного поля вокруг Сатурна), анализировались и по их параметрам ученые смогли определить примерную плотность вещества. Напрямую регистрировать плотность аппарат не может, так как соответствующий спектрометр PLS на борту не работает.

Собрав данные по аналогичным колебаниям в ноябре и октябре 2012 года, астрофизики, используя компьютерное моделирование, смогли определить примерную дату долгожданного выхода аппарата в межзвездное пространство — август 2012 года. Соответствующая работа была опубликована вScienceв сентябре 2013-го — больше года ученым потребовалось на проверку собранных данных.

В сообщении NASA говорится, что за точную дату выхода предлагается брать 25 августа 2012 года. В этот день приборы аппарата зарегистрировали прирост высокоэнергетических частиц. Такой прирост, по расчетам, должен был сопровождать выход аппарата в межзвездное пространство. «Теперь мы определенно можем ответить на вопрос "а там ли мы?": "да, мы там"», — приводятся в сообщении слова руководителя научной группы Дэна Бурнетта.

Что дальше?

Как это ни грустно, но в ближайшие годы нас ждет постепенное отключение инструментов на «Вояджерах» — ученые пытаются максимально продлить им жизнь. Разумеется, это делает сомнительной ценность зондов как источников научной информации. Но как бы то ни было, эти аппараты остаются одной из вершин достижений человечества за всю его историю.

Андрей Коняев