Н

аучные познания об Уране, загадочной планете Солнечной системы, значительно расширились в этом году. Новые сведения поступили от «Вояджера-2», автоматической межпланетной станции (АМС), которая поразила и восхитила своих создателей долгожительством: она продержалась пять лет после выполнения первоначальной миссии — полета к Юпитеру и Сатурну и обещает сохранить свою работоспособность до встречи с планетой Нептун в 1989 году. Среди новых достижений «Вояджера-2»:

• Впервые получены снимки с близкого расстояния пяти ранее известных спутников Урана и обнаружено десять новых.

• Установлено, что частицы, составляющие кольца Урана, гораздо массивнее частиц, из которых состоят кольца Сатурна. Также обнаружено десятое кольцо Урана.

• Открыто, что магнитная ось Урана составляет угол 55° относительно оси вращения планеты — самое большое наклонение среди всех планет Солнечной системы.

«Вояджер-2» и однотипная АМС «Вояджер-1» были выведены на орбиту Национальным управлением по аэронавтике и исследованию космического пространства (НАСА). Управление полетами этих станций осуществлялось Лабораторией реактивных двигателей (ЛРД) Калифорнийского политехнического института в Пасадене. Полеты к Юпитеру и Сатурну прошли очень успешно: получено огромное количество данных и сделано более 70 000 снимков этих планет (см. «Америка» № 304, март 1982). По ходу пролета «Вояджера-2» около Сатурна с августе 1981 года руководители полета, воспользовшись парадом планет, происходящим раз в 177 лет, и полем тяготения Сатурна, выполнили пертурбационный маневр станции и направили ее на трассу полета к Урану, удаленному от Земли почти на три миллиарда километров.

Во время следования «Вояджера-2» к Урану ученым и инженерам ЛРД пришлось решить ряд проблем, связанных с работой аппаратуры на борту станции, удаленной от командного пункта на расстояние в два раза больше запроектированного. Бортовые компьютеры были полностью перепрограммированы; одному из них было задано сжимать видеосигналы для сокращения времени передачи на Землю. Для приема исключительно слабого радиосигнала «Вояджера» несколько антенн сети станций слежения в дальнем космосе были электронно объединены в так называемую решетку с целью усиления их приемной мощности.

По сравнению с Сатурном, планета Уран получает лишь четвертую часть солнечного света, поэтому съемка велась с крайне длительной экспозицией, чтобы зафиксировать изображения планеты и ее спутников. Для такой съемки была применена техника компенсации смещения изображения: станция, совершавшая пролет около планеты со скоростью 72 000 км/час, поворачивалась вместе с телекамерой с открытым затвором вслед планете, словно кинооператор, ведущий панораму за быстро движущимся объектом. Техника такой съемки была отработана при пролете станции около Сатурна и показала отличные результаты.

«Вояджер-2» во многом напоминает серию автоматических межпланетных станций «Маринер», при помощи которых проводились исследования Венеры, Марса и Меркурия. «Вояджер-2» весит 825 кг и оборудован антенной диаметром 3,66 м. Электропитание обеспечивают три радиоизотопных термоэлектрических генератора (солнечным батареям недостаточно поступающей от Солнца энергии на столь большом от него удалении).

Бóльшую часть работы «Вояджер» проделал за шесть часов 24 января, когда станция проходила на расстоянии 81 500 км от атмосферы планеты Уран. Лишь за четверть суток ученые получили больше сведений о планете, ее спутниках и кольцах, чем со времени открытия Урана в 1781 году английским астрономом Уильямом Гершелем. Ученым понадобятся многие месяцы, может быть, и годы, для анализа информации, полученной «Вояджером-2», но некоторые открытия уже очевидны:
Магнитное поле. Магнитное поле Урана почти столь же мощное, что и земное, отклонено под необычным углом: северный магнитный полюс смещен по отношению к южному географическому полюсу на 55°. Согласно одной гипотезе, «Вояджер» зарегистрировал процесс перемены полярности планеты, которому Земля подверглась последний раз около 700 000 лет назад.

(Расположение географических полюсов Урана давно озадачивает исследователей: оси вращения большинства планет перпендикулярны к воображаемой линии, связующей их с Солнцем, в то время как Уран повернут к Солнцу своим южным полюсом. Астрономы предполагают, что на раннем этапе существования планеты, возраст которой достигает 4,5 миллиарда лет, Уран столкнулся с небесным телом величиной с Землю, которое сбило его с вертикальной оси вращения, а осколки вещества небесного тела образовали кольца и спутники Урана.)
Спутники. До полета «Вояджера-2» астрономам были известны (но мало изучены) пять спутников: Титания, Ариэль, Оберон, Миранда и Умбриэль. «Вояджер-2» передал на Землю первые подробные снимки этих спутников и открыл десять новых.

На четырех из пяти спутников «Вояджер» обнаружил следы тектонической активности, видимо, происходящей под воздействием мощных гравитационных сил Урана, диаметр которого вчетверо больше земного. «Вояджер» зарегистрировал 5-километровую горную гряду на Обероне, долину на поверхности Титании, три линейных образования на Ариэле, напоминающих следы передвижения ледников. Но ближайший к Урану спутник Миранда (диаметр 500 км) особенно заинтересовал ученых. Гэри Содерблом, геолог программы «Вояджер», назвал Миранду «причудливым гибридом», вместившим в себя множество различных рельефов, иногда схожих, по его словам, «с каналами и каньонами Марса, с изборожденными областями поверхности Ганимеда (спутника Юпитера) и глубокими разломами на Меркурии. Если, скажем, уместить все типы строения рельефа планет Солнечной системы на одном небесном теле, то получится Миранда».
Кольца. Кольца Сатурна состоят из мелких частиц вещества, а кольца Урана — из метровых в диаметре валунов. И если у Сатурна кольца симметричные, то кольца Урана искривлены, деформированы, неправильно-овальны, а по ширине разнятся на десятки километров. Ученые предполагают, что только маленькие так называемые луны-«пастухи», напоминающие луны Сатурна, могут удерживать такие кольца; и действительно, два из десяти новооткрытых спутников Урана оказались «пастухами» одного из колец Урана. Ожидается, что дальнейший анализ информации откроет и другие луны.

Эдвард Стоун, научный сотрудник проекта «Вояджер», основывает на предварительной информации следующие заключения: скальное ядро Урана содержит жидкость, покрыто глубоким океаном с большим содержанием аммиака в воде и окружено слоем атмосферы толщиной 8000 км, состоящей в основном из водорода. Уран делает оборот вокруг своей оси за 16,8 часа.

«Вояджер-2» миновал Уран и продолжает полет в космосе, его аппаратура пока работает отлично и, как надеются ученые из Лаборатории реактивных двигателей, будет так же хорошо работать 20 августа 1989 года, когда он достигнет планеты Нептун, удаленной от Земли более, чем на четыре миллиарда километров.

УРАН ВБЛИЗИ Н а этом снимке в условных цветах, полученном с борта «Вояджера-2», заметно одиночное облако в виде яркой полосы у лимба планеты. Фотография была составлена компьютером из трех изображений, полученных 14 января 1986 года, когда космический аппарат находился на расстоянии 12,9 миллиона км от планеты. Запечатленное в левой нижней части снимка облако — самое яркое явление в серии снимков «Вояджера-2», предназначенных для изучения течений в атмосфере планеты. (Несколько кружков на снимке, как, например, в верхней его части, вызваны тенью пылинок в линзовой системе камеры; обработка видеоданных на компьютере, необходимая для усиления слабо различимых мест на фотографиях планеты, также выявляет такие пылевые загрязнения.)

Д ва снимка Урана — один в естественных цветах (слева), другой — в условных — были составлены из изображений, снятых камерой с длиннофокусным объективом и переданных на Землю 17 января. АМС находилась на расстоянии 9,1 миллиона км от Урана, за семь дней пути до максимального приближения к планете. Снимок слева был обработан на компьютере так, чтобы дать представление о планете, если ее рассматривать с борта космического аппарата. Фотография была составлена из изображений, полученных с использованием голубого, зеленого и оранжевого фильтров. Затенение на правой верхней части диска планеты указывает на границу перехода дня в ночь. За этой чертой лежит невидимое северное полушарие Урана, которое в настоящее время находится в полной темноте, в соответствии с данной фазой вращения планеты. (Полный оборот вокруг Солнца Уран совершает за 84 года, поэтому южное полушарие планеты в течение 42 лет постоянно освещено, а северное в то же время находится в темноте.) Зелено-голубой цвет возник в результате поглощения красного света метаном, который входит в состав глубокой, холодной и удивительно прозрачной атмосферы Урана.

Снимок справа выполнен в условных цветах на предельной контрастности для выявления мельчайших подробностей полярной области Урана. Изображения, полученные с применением ультрафиолетового, фиолетового и оранжевого фильтров, подверглись в соответствующем порядке такой же обработке, что и снимок слева. Контрастность, очень низкая на снимке слева, здесь предельно усилена. На этой фотографии в условных цветах просматривается темный купол над полюсом Урана, окруженный более светлыми концентрическими кольцами. Одно из возможных объяснений происхождения этого мутного коричневатого купола состоит в том, что он сложился из концентрических волн, образованных зональным перемещением верхних слоев атмосферы. На снимках заметны некоторые изъяны, вызванные бортовой оптикой и выявленные последующей обработкой на компьютере, включая отброшенные пылинками круговые тени, которые видны на фотографии на предыдущей странице. Яркая розовая полоса у нижней кромки планеты также получилась на снимке из-за искажения при усилении контрастности изображения. В действительности, лимб планеты темный, схожий с цветом всей планеты.

В самом верху: на фотографиях, снятых с временным промежутком, показано перемещение двух ярких слоистых облаков — впервые замеченное явление на планете. Облака были обнаружены на этой серии снимков, полученных с использованием оранжевого фильтра и временного интервала (слева направо) в 4,6 часа и переданных на Землю 14 января. В это время межпланетная станция «Вояджер-2» находилась на расстоянии 12,9 миллиона км от планеты и приближалась к ней со стороны южного полюса. Уран повернут под углом по отношению к другим планетам; направление его вращения — против часовой стрелки. На следующих трех снимках «Вояджера-2» показано изменение внешнего вида планеты при съемке через фильтры различных цветов широкоугольным объективом. Съемка велась 23 января с расстояния 2,1 миллиона км от планеты с применением фиолетового, оранжевого и метанового фильтров (слева направо). Разрешающая способность — 300 км. Снимок Урана в условных цветах (внизу) был получен «Вояджером-2» 22 января с расстояния 2,7 миллиона км. Эта составленная компьютером композиция демонстрирует возможность выявлять посредством специальных фильтров дымки в верхних слоях атмосферы планеты. Снимок является композицией из изображений, полученных при съемке через один оранжевый и два метановых фильтра камерой с широкоугольным объективом. Изображения с применением оранжевого и коротко— и длинноволнового метановых фильтров дают голубую, зеленую и оранжевую окраску соответственно. Сконцентрированное у полюса розовое пятно — результат присутствия высокоатмосферной дымки, которая отражает свет, прежде чем он проделает длинный путь через атмосферу и будет частично поглощен метаном. Синяя область средних широт планеты представляет самый прозрачный пояс атмосферы Урана, поэтому там могут быть обнаружены более глубокие уровни облачности.

Скальное ядро с жидкостью, глубокий океан с большим содержанием аммиака, атмосфера из водорода и метана

Загадочные луны Урана С лева: пять ранее известных (и самых больших) спутников Урана от самого дальнего Оберона (586 000 км) до ближайшей Миранды (130 000 км). Диаметр Оберона, самого большого спутника, около 1630 км, а Миранды — 500 км. Необычные нагромождения разнообразных форм рельефа на поверхности Миранды (внизу) поразили научных сотрудников программы «Вояджер». На снимке внизу, полученном с расстояния 42 000 км, виден треугольный рисунок складок и регионы с резко различным рельефом и большим количеством ударных кратеров. Разрешающая способность около 600 м. Самый нижний снимок был получен с расстояния 36 000 км и имеет разрешающую способность примерно 800 м. Многочисленные кратеры на неровном высокогорном рельефе в нижней части фото указывают, что по возрасту он значительно древнее низинной местности. Диаметр ударного кратера в верхней части этого снимка приблизительно 25 км. Снимок Миранды (внизу), сделанный с расстояния 31 000 км, показывает древнюю, усеянную кратерами местность очень многоликого рельефа. Множество направлений изломов и впадин с неоднородной плотностью ударных кратеров на них указывает на продолжительный и сложный период образования этого спутника.

Н есколько кратеров различимы на верхности 1985U1, одного из десяти малых спутников Урана, открытых «Вояджером-2». Межпланетная станция 24 января сделала только один снимок — единственное изображение с близкого расстояния только одной новой луны. В то время «Вояджер-2» находился на расстоянии около 500 000 км от спутника 1985U1. Луна была обнаружена 30 декабря 1985 года: это был первый и самый большой из спутников, открытых «Вояджером-2» на пути к Урану. По снимку можно определить, что 1985U1 — темное, почти шарообразное небесное тело, диаметром около 150 км; темная поверхность отражает лишь 7 процентов падающего на него света. На снимке внизу — два «пастуха», маленькие луны, относящиеся к кольцам Урана. Две луны, обозначенные 1986U7 и 1986U8, видны с обеих сторон яркого кольца «эпсилон». Это изображение снято 21 января с расстояния 4,1 миллиона км. Со времени открытия в 1977 году колец Урана их можно было исследовать лишь путем определения, насколько они снижают яркость света звезд, которые они заслоняют. Этот снимок — первое непосредственное наблюдение всех девяти колец в отраженном солнечном свете. Снимок колец Урана в условных цветах (справа) был получен при съемке с расстояния 4,17 миллиона км. Здесь представлены все девять известных колец; более слабые пастельные линии между ними относятся к искажению, сделанному компьютером при повышении контраста изображения. На снимках также обнаружено неяркое десятое кольцо и, возможно, фрагменты одиннадцатого. «Вояджер-2» обнаружил десять новых спутников и новое кольцо Урана