«Вояджер» встретился... с огромной планетой — Нептуном

ЛЕОН ДЖАРОФФ
С разрешения журнала «Тайм»

Развив по отношению к Нептуну скорость до 98 120 км в час, весящий меньше тонны аппарат пронесся на высоте 4900 км над облаками замерзшего метана, окутывающими район северного полюса планеты. Сделав крутой вираж, «Вояджер» устремился к загадочному спутнику Нептуна — Тритону и прошел мимо на расстоянии 38 600 км от его скалистой поверхности. Нептун — последняя планета на пути «Вояджера», который теперь уходит к периферии Солнечной системы, чтобы, как надеются создатели этого аппарата, продолжать исследования еще четверть века.

В ходе своего путешествия по космическому пространству «Вояджер» посылал на Землю снимки того, чего человек никогда не видел, и информацию такого объема, что понадобятся долгие годы для ее изучения. Распространяющиеся со скоростью света радиоволны доносили сигналы телекамер и других приборов станции до Земли за 4 часа 6 минут. Переданные сигналы расшифровывались в Лаборатории ракетных двигателей (ЛРД) в Пасадене, Калифорния, и спустя несколько минут появлялись в виде изображений и технических данных на телевизионных и компьютерных экранах.

Ученых и инженеров из этой лаборатории, спроектировавших «Вояджер» и управлявших его долгим полетом, переполняло чувство радости и гордости. Американцы, следившие за полетом станции по телевидению, разделяли их энтузиазм. Полет этого скромного аппарата дал неожиданно большие результаты по сравнению с затратами.

Спутник Нептуна Тритон оказался едва ли не интереснее самой планеты, которая успела раскрыть «Вояджеру» много секретов в предшествовавшие недели. На белой, как бы заиндевелой поверхности Тритона с розовыми и голубыми пятнами были видны скалы, впадины, глетчерообразные участки с

На левом снимке видна также тень, отбрасываемая Нептуном на кольца.

«Вояджер» уже собрал о Нептуне больше сведений, чем было известно об этой планете с 1846 года, когда ее обнаружил немецкий астроном Иоганн Галле. Будучи еще за несколько миллионов километров от Нептуна «Вояджер» обнаружил в его средней части Большое темное пятно — сильное штормовое завихрение диаметром с земной шар. Позднее станция сфотографировала шесть до сих пор неведомых спутников Нептуна. Два из них оказались больше давно известной луны Нептуна — Нереиды. Тритон, диаметр которого считался около 4000 км, на самом деле оказался меньше — всего 2800 км в поперечнике. Чувствительные приборы «Вояджера» подтвердили предположение, что Нептун обладает магнитным полем. За день до встречи с планетой «Вояджер» сообщил, что прошел сверхзвуковую ударную волну, которая образуется при встрече солнечного ветра с магнитным полем.

При приближении к планете камеры «Вояджера» регистрировали легкие белые перистые облака замерзшего метана над экваториальными областями Нептуна. На фото видны также тени этих облаков, падающие на более глубокий слой атмосферы, находящийся примерно на 50 км ниже облаков. Бредфорд Смит, руководитель отдела оптических изображений ЛРД, сказал, что это первый случай, что «Вояджер» зарегистрировал тени облаков на одной из исследуемых планет.

Ученые обнаружили также нечто похожее на два неполных кольца или на кольцевые дуги, загадочно исчезавшие на последующих снимках. Спустя несколько дней Смит с гордостью объявил, что исчезающая дуга, изучением которой была занята его группа, — вовсе не дуга, а первое полное кольцо Нептуна.

Позднее Смит сообщил, что всего у Нептуна было обнаружено пять колец.

Высокое качество снимков, сделанных «Вояджером», и собранной им информации противоречит представлению о затруднительности управления космическим аппаратом на столь большом расстоянии от Солнца, которое вблизи Нептуна кажется ярко светящейся точкой. Нептун получает в тысячу раз меньше солнечного света, чем Земля, поэтому его фотографирование требует 10-минутных выдержек. Телекамеры станции нужно было поворачивать, чтобы сделать панорамный снимок. Для этого «Вояджер» осторожно разворачивал платформу с камерами и несколько раз даже отклонялся от курса.

Передача данных из космоса на Землю была нелегкой задачей. К тому времени, когда 22-ваттный радиосигнал «Вояджера» достигал Земли, его сила составляла всего одну двадцатимиллиардную часть мощности, необходимой для работы электронных наручных часов.

На его поверхности бушует буря размером с земной шар По мнению ученых, синий цвет Нептуна объясняется наличием метана в его атмосфере, состоящей главным образом из водорода и гелия. Специалисты были удивлены активностью этой атмосферы: ветры скоростью до 650 км в час взвихривают перистые облака замерзшего метана при температуре -220°С. Характерная особенность атмосферы Нептуна — Большое темное пятно, вращающийся против часовой стрелки циклон диаметром с земной шар. Это пятно напоминает Большое красное пятно Юпитера. — Это явление свидетельствует о весьма активной деятельности Нептуна, — говорит Бредфорд Смит, глава отдела оптических изображений ЛРД. — Это поразительно, потому что количество солнечной и тепловой энергии, имеющейся у Нептуна для такой атмосферной активности, составляет меньше 5 процентов энергии, имеющейся у Юпитера. Происходящие же на обоих планетах процессы очень сходны. Снимок слева был сделан на расстоянии 2,8 млн. км при разрешающей способности порядка 50 км. Серия из трех снимков вверху, сделанных с промежутками в 18 часов, показывает, что погодные условия на Нептуне, по крайней мере в области Большого темного пятна, по-видимому, столь же динамичны и изменчивы, как и на Земле.

Чтобы улавливать столь слабый сигнал, сотрудники НАСА (Национального управления по аэронавтике и исследованию космического пространства) увеличили ряд и без того огромных радиотелескопов своей сети по изучению дальнего космоса в Австралии, Испании и в штате Калифорния. Но даже при этом голос «Вояджера» терялся в электромагнитном шуме космоса.

Чтобы различить информацию «Вояджера» среди этого шума, сотрудники ЛРД дали «Вояджеру» команду: «говорить» медленнее. Скорость передачи данных о Юпитере, равнявшаяся 115 200 битов в секунду, при приближении станции к Нептуну была снижена до 21 600 битов в секунду. В последних числах августа 1989 года прямая радиосвязь использовалась только для передачи наиболее важных изображений и данных; остальная информация записывалась бортовой аппаратурой и передавалась на Землю в другое время.

То, что «Вояджер» до сих пор хорошо работает, не говоря уже о том, что он вообще существует, — заслуга его создателей. По стандартам 1989 года техническое оснащение этой космической станции безнадежно устарело. Емкость памяти с произвольной выборкой (ППВ) его управляющих контрольных компьютеров составляет всего 8000 битов, в то время как у сегодняшних персональных компьютеров емкость ППВ — 8 миллионов битов. Две телекамеры «Вояджера» снабжены устаревшими видиконовыми трубками; современные телекамеры имеют более надежные и эффективные устройства с зарядовой связью.

Конструкторы «Вояджера», впервые собравшиеся в ЛРД в 1972 году, выразили надежду, что НАСА в конце 70-х годов воспользуется парадом планет, который случается раз в 176 лет, и отправит два сложных космических аппарата (один в качестве дублера) для изучения Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, используя силу тяготения каждой планеты для нужных маневров и ускорения полета. Другую пару космических станций можно было бы отправить в путешествие к Юпитеру, Сатурну и Плутону. Без использования силы тяготения планет, утверждали специалисты из ЛРД, прямой полет к Нептуну немыслим при современном уровне ракетной техники. Кроме того, другой возможности для подобного космического тура не представится до середины XXII века.

Но по финансовым соображениям НАСА сократила программу до двух довольно простых автоматических станций для исследования только Юпитера и Сатурна. В результате в 1977 году были запущены «Вояджер-1» и «Вояджер-2», рассчитанные примерно на пять лет, чего было больше, чем достаточно для достижения Сатурна.

— Конечно, — сказал научный руководитель проекта Эдвард Стоун, — это не помешало нам вывести «Вояджер-2» на ту самую траекторию, которая была выбрана для «большого тура», в надежде, что станция проработает 12 лет.

Когда «Вояджер-1» успешно облетел Сатурн и направился за пределы Солнечной системы, НАСА послала «Вояджера-2» к Урану и Нептуну. Таким образом, как отметил торжествующий Стоун, «большой тур» все же состоялся.

И в самом деле, оба «Вояджера» открыли и сфотографировали новые спутники Юпитера и Сатурна, кольца вокруг Юпитера, действующие вулканы на спутнике Юпитера Ио, так называемые спицы и жгуты на сверкающих сложных по структуре кольцах Сатурна. У Урана «Вояджер-2» нашел два новых кольца, десять новых лун и несколько пылевых полос. Было также обнаружено магнитное поле, ось которого образует необычный угол в 59 градусов с осью вращения планеты.

Итак, «Вояджер-2» встретился с последней планетой на своем пути, и специалисты из ЛРД, многие из которых посвятили полетам «Вояджеров» свои профессиональные карьеры, называют эту встречу «последним киносеансом».

— Между Ураном и Нептуном я училась в аспирантуре, — говорит Кэнди Хансен, дизайнер многих съемочных программ «Вояджера». — Между Юпитером и Сатурном я купила дом. Так я отмечаю этапы своей жизни.

Хансен и большинство ее коллег из вояджеровской группы вскоре приступят к другим космическим проектам, оставшиеся будут обслуживать «Вояджер-2», миссия которого еще не завершена. Этот аппарат, как и «Вояджер-1», уходит за пределы Солнечной системы. Его телекамерам скоро почти нечего будет фотографировать, но другие приборы, питающиеся от тепловых генераторов на радиоактивном плутонии, будут изучать ультрафиолетовое излучение звезд и искать предел Солнечной системы, где прекращается солнечный ветер и начинается межзвездное пространство.

В конце концов, лет через 25, ввиду ослабления энергетических ресурсов «Вояджера» и увеличения его отдаленности от Земли всякая связь с ним прекратится. Безмолвный аппарат уйдет в царство звезд, неся на борту медный 30-сантиметровый диск, который, быть может, попадет когда-нибудь в руки инопланетян. Диск называется «Голоса Земли», на нем записаны приветствия на 60 языках и послание Джимми Картера, Президента США во время запуска станции. Послание заканчивается так: «Эта запись представляет собой выражение наших надежд, наших устремлений и нашей доброй воли, обращенных к необъятной Вселенной».

Траектория полета «Вояджера-2» близ Нептуна была рассчитана так, чтобы он мог круто повернуть по направлению к Тритону — довольно крупному спутнику, который с Земли кажется светящейся точкой. Тритон — последнее небесное тело на пути «Вояджера» — известен как астрономический «ренегат»: он вращается по орбите в противоположную сторону по отношению ко всем большим планетам Солнечной системы. «Вояджер» обнаружил, что некоторые участки Тритона покрыты розоватым льдом. Глубокие озера темной густой жидкости и обширные океаны жидкой грязи наводят на мысль о вулканической активности Тритона при парадоксальной температуре -240°С. Вверху: компьютеризованное перспективное изображение котлообразной впадины на Тритоне, как она бы выглядела с более близкого расстояния. Изображение получено в результате обработки снимка, сделанного камерой с высокой разрешающей способностью на расстоянии 181 000 км от Тритона. Для получения вида в перспективе топография увеличена по вертикали в 20 раз. Плоское дно котловины диаметром около 200 км — по-видимому, следствие вулканического извержения ледяной лавы весьма низкой вязкости. Снимок слева: на ледяной поверхности Тритона видны десятки темных черточек, или «мазков ветра». Они образуются из темных пятен, которые, возможно, представляют собой отверстия, откуда вырываются глубинные газы, выносящие темные частицы в азотную атмосферу Тритона.

О сложной геологической истории этого спутника свидетельствует снимок справа, где показана зона диаметром около 500 км. Она охватывает две впадины, по-видимому, два древних метеоритных бассейна, которые видоизменялись под действием различных климатических и геологических процессов.

Другие спутники Нептуна «Вояджер-2» исследовал и другой известный спутник Нептуна — Нереиду, а также открыл шесть новых. На снимках сверху вниз: Нереида, диаметр 170 км; обращается на сильно вытянутой эксцентрической орбите. Этим объясняется, что Нереида была открыта ранее шести новых лун, находящихся ближе к Нептуну и незаметных из-за его света. 1989N2, диаметр около 200 км; по-видимому, имеет несколько кратеров от 30 до 50 км в поперечнике. 1989N1, диаметр около 400 км; отличается неправильной формой. Возможно, этот спутник всегда был холодным и «жестким» и подвергался интенсивному выпадению метеоритов, образовавших кратеры.

Прощальный
снимок
Нептуна и
Тритона

«В ояджер-2» был запущен в космос 20 августа 1977 года, за две недели до старта «Вояджера-1», исследовавшего только Юпитер и Сатурн. До встречи с Нептуном «Вояджер-2» прошел 7,4 млрд. км и теперь уходит в межзвездное пространство. Первоначально путешествие «Вояджера-2», рассчитанное на 5 лет, предусматривало встречу только с Юпитером и Сатурном. Аппарат смог продолжить миссию благодаря дальновидности специалистов, готовивших полет, их умению перепрограммировать по радио бортовые компьютеры и их искусному решению проблем, которые возникали в ходе многолетнего полета. Вот основные открытия, сделанные «Вояджерами». При пролете мимо Юпитера они обнаружили: действующие вулканы на его спутнике Ио, тонкие пылевые кольца вокруг планеты, три новых спутника. При пролете мимо Сатурна было установлено, что атмосфера его спутника Титана состоит в основном из азота и простых органических соединений, которые могли бы дать начало живым организмам, если бы на Титане не было так холодно. Было открыто несколько лун, а на многих кольцах Сатурна — новые структурные элементы. У планеты Уран «Вояджер-2» открыл десять новых спутников, два новых кольца и необычное магнитное поле со спиралеобразным шлейфом. Снимки крупным планом Миранды показывают, что этот спутник Урана отличается чрезвычайным геологическим разнообразием рельефа. Другие статьи о полетах «Вояджеров» см. в журнале «Америка» № 278 (январь 1980), № 294 (май 1981), № 304 (март 1982) и № 357 (август 1986). Альбом «Вояджера»