25 августа 2012 года Voyager 1 стал первым в истории космическим аппаратом, покинувшим гелиосферу и вышедшим в межзвездное пространство. Шесть лет спустя Voyager 2 повторил достижение своего собрата. Во второй части нашего материала о величайшем космическом путешествии в истории мы расскажем о том, как пара земных посланцев сумела добиться такого успеха и какое будущее ее ждет.
Где начинается межзвездное пространство?
Земля, и все остальные планеты Солнечной системы, находятся внутри гигантского пузыря, называемого гелиосферой. Это область, в которой плазма солнечного ветра движется относительно Солнца со сверхзвуковой скоростью. С ростом расстояния ее скорость постепенно снижается из-за столкновения с веществом межзвездной среды. В какой-то момент она становится дозвуковой. Граница, на которой происходит это замедление, называется границей ударной волны.
Однако, граница ударной волны не является границей всей гелиосферы. За ней находится регион под названием гелиослой (гелиосферная мантия). В нем солнечный ветер тормозится, сжимается, и его движение приобретает турбулентный характер. И, наконец, за гелиослоем находится гелиопауза — финальная граница, где солнечный ветер окончательно останавливается. Его давление уже становится неспособно оттеснять межзвездное вещество из Солнечной системы. Поэтому в гелиопаузе происходит перемешивание солнечного ветра с межзвездным веществом.
На момент запуска Voyager у астрономов было совсем немного сведений о расположении гелиопаузы. Некоторые ученые предполагали, что она находится чуть ли не сразу за орбитой Юпитера. Но по мере накопления данных стало понятно, что первоначальные оценки были весьма занижены. К тому моменту, когда пара Voyager завершила «Большое путешествие», считалось, что граница ударной волны проходит на расстоянии 70 – 80 а. е., гелиопауза — 90 – 120 а. е. от Солнца. Это означало, что у зондов имелся теоретический шанс достичь межзвездного пространства до момента прекращения их работы.
Гонка со временем
Ответ на вопрос, успеет ли пара Voyager выйти в межзвездное пространство, зависел от нескольких факторов. Первым из них являлась ситуация с топливом. Каждый Voyager регулярно выполняет небольшие маневры, которые необходимы для того, чтобы удерживать их антенны направленными на Землю. К счастью, аппараты сумели сохранить довольно большой запас топлива, которого должно было хватить до 2040-х годов.
Другим важным вопросом являлась связь. По мере удаления от Земли, мощность сигналов Voyager неуклонно снижалась, что крайне усложняло задачу коммуникации с аппаратами. Однако благодаря нескольким модернизациям Сети дальней космической связи, NASA удалось решить и эту проблему.
Разумеется, с каждым годом солидный возраст аппаратов все громче давал о себе знать (шутка ли, номинальный срок службы миссии составлял всего четыре года). Однако заложенный при их проектировании принцип резервирования всех основных компонентов сослужил им добрую службу. Конечно, оба Voyager неоднократно сталкивались с различными техническими проблемами, но каждый раз специалистам либо удавалось найти решение, либо переключить зонд на запасную систему.
Таким образом, главным фактором, определившим максимально возможный срок функционирования аппаратов, стала энергия. Напомним, что Voyager получают ее от ритэгов, в которых используется плутоний-238. Период его полураспада составляет 87 лет. Как несложно посчитать, за прошедшие после запуска 45 лет, ритэги аппаратов потеряли порядка 30% от своей изначальной выработки. Но потеря мощности также происходит и из-за постепенной деградации термопары, которая собственно говоря и преобразует, выделяемое ритэгами тепло в электроэнергию.
Изначально, инженеры миссии прогнозировали, что Voyager перестанут получать достаточную для продолжения работы энергию, примерно к началу 2010-х. Этого было недостаточно для достижения межзвездного пространства. Поэтому, специалисты миссии разработали план по «энергосбережению», включавший отключение части научных инструментов, а также некоторых обогревателей. Это дало свои плоды. Voyager получили дополнительное десятилетие жизни, что в итоге и позволило им преодолеть еще одну веху.
Первый космический аппарат в межзвездном пространстве
В конце 2004 года Voyager 1 прошел границу ударной волны и вошел в гелиослой. Двигающийся с меньшей скоростью и в другом направлении Voyager 2, достиг его в 2007 году.
К 2010 году Voyager 1 добрался до региона, в котором происходит «стагнация» солнечного ветра и его радиальная скорость становится близка к нулю. Также начало резко уменьшаться количество частиц высоких энергий солнечного происхождения. Все это указывало на то, что аппарат уже очень близок к гелиопаузе.
Историческое событие произошло 25 августа 2012 года, когда Voyager 1 находился на расстоянии 121,6 а. е. (18,2 млрд км) от Солнца. В тот день его приборы зафиксировали резкое снижение количества протонов солнечного излучения, и наоборот, рост уровня галактических космических лучей. Аппарат наконец-то вышел в межзвездное пространство. Voyager 2 прошел эту границу в ноябре 2018 года, когда он находился на расстоянии 119 а. е. (17,8 млрд км) от Солнца.
Справедливости ради стоит отметить, что факт выхода Voyager 1 в межзвездное пространство был признан далеко не сразу. Дело в том, что существовавшие тогда модели предполагали, что при пересечении гелиопаузы должен произойти мгновенный сдвиг линий магнитного поля. Однако этого не случилось, так что ученые разделились на два лагеря. Одни считали, что Voyager 1 действительно вышел в межзвездное пространство, другие настаивали на том, что он все еще не покинул гелиосферу.
Спор разрешили, полученные в 2013 году данные, об увеличении плотности плазмы в пространстве, где находился Voyager 1. Оказалось, что она достигли уровня, соответствующего теоретическим моделям для межзвездной среды. Что касается магнитного поля, то последующие измерения показали, что из-за влияния гелиосферы, его линии меняют свое направление не сразу, а постепенно. После этого факт выхода Voyager 1 в межзвездное пространство был признан всеми ведущими учеными.
Будущее миссии Voyager
На данный момент, Voyager 1 находится на расстоянии 157,1 а. е. от Солнца (23,5 млрд км), являясь наиболее удаленным объектом во Вселенной, сделанным руками человека. Voyager 2 находится на расстоянии 130,9 а. е. от Солнца (19,6 млрд км). С человеческой точки зрения это гигантские цифры, но совсем небольшие по астрономическим. Если бы Voyager 1 направлялся к Проксиме Центавра, ему потребовалось бы 75 тысяч лет, чтобы добраться до звезды.
Оба аппарата все еще работают и передают данные на Землю. У Voyager 1 по-прежнему включены магнитометр, детектор космических лучей, датчик заряженных частиц и приемник плазменных волн. У Voyager 2 помимо названных приборов все еще имеется функционирующий детектор плазмы.
К сожалению, с каждым годом ритэги аппаратов генерируют все меньше энергии. По последним оценкам, ее хватит примерно до 2025 года. После этого инженерам придется приступить к отключению оставшихся приборов. А затем энергии перестанет хватать и просто для поддержания связи с Землей. Скорее всего, это произойдет где-то в районе пятидесятилетнего юбилея миссии.
Впрочем, даже после того, как пара земных посланцев перестанет выходить на связь, они продолжат свое бесконечное путешествие. Поскольку аппараты развили третью космическую скорость, то в будущем они навсегда покинут Солнечную систему.
Ни один из аппаратов не направлен к какой-либо конкретной звезде. По последним расчетам, примерно через 40 тысяч лет, Voyager 1 приблизится на дистанцию в 1,6 световых года к звезде Gliese 445. Через 260 тысяч после этого аппарат пройдет на расстоянии менее светового года от красного карлика TYC 3135-52-1. Что касается Voyager 2, то через 42 тысячи лет он приблизится на дистанцию в 1,7 световых года к красному карлику Росс 248.
Золотая пластинка Voyager
На борту каждого Voyager имеется послание — на тот случай, если в далеком будущем зонды будут подобраны представителями какой-либо инопланетной цивилизации. Это запись, сделанная фонографическим образом на позолоченную медную пластинку. Она включает в себя музыкальные произведения, приветствия на разных языках, обращения президента США и генсека ООН, звуки нашей планеты и даже песни китов. Также на пластинке находятся 116 фотографий, которые должны дать некоторое представление о Солнечной системе, Земле, людях, нашей культуре и технике.
Пластинки размещены внутри, закрепленного на корпусе аппаратов футляра. На его оболочке выгравирована схема, изображающая порядок воспроизведения послания, способ преобразования видеосигналов в изображения, схема излучения атома водорода (для получения используемых в послании единиц измерения), а также пульсарная карта, позволяющая определить местонахождение Солнца.
Мы не знаем, проиграет ли кто-то пластинки Voyager, или они так и останутся вечным космическим посланием в бутылке. Но, в любом случае, после того, как Солнце превратится в красный гигант и поглотит Землю, аппараты имеют неплохие шансы остаться последними предметами во Вселенной, доказывающими, что на нашей планете когда-то существовала разумная жизнь.
Только самые интересные новости и факты в нашем Telegram-канале!
Присоединяйтесь: https://t.me/ustmagazine
