Созданные человеком объекты, навсегда покидающие солнечную систему. Пять затерянных во вселенной космических аппаратов «Вояджер» и «Пионер» - послания инопланетянам
47 лет, 2 месяца, 17 дней
Сайт проекта ]
Конструкция
- источник энергии -
- отсек с электроникой.
- связь с Землёй - через параболическую антенну диаметром 2,75 метра
Аппарат нёс следующие научные приборы:
- анализатор плазмы ,
- детектор заряженных частиц ,
- комплект счетчиков Гейгера ,
- детектор космического излучения ,
- радиационный детектор, ультрафиолетовый фотометр ,
- изображающий фотополяриметр,
- инфракрасный радиометр ,
- комплект для наблюдения метеорного вещества и комплект детекторов метеорных частиц.
Масса аппарата составляла 260 кг, в том числе 30 кг научных приборов; высота - 2,9 м, максимальный поперечный размер (диаметр отражателя остронаправленной антенны) - 2,75 м.
Изображения, переданные аппаратом, имели небольшое разрешение, поскольку сняты они были не камерой, а фотополяриметром, который имел очень узкое поле зрения (0,03 градуса). Развёртка по одной координате происходила за счёт вращения космического аппарата, а по другой - за счёт движения его по орбите.
«Межзвездное письмо» Пионера-10
На корпусе аппарата была установлена анодированная пластинка из прочного алюминиевого сплава. Размеры пластинки 220х152 миллиметров. Автором рисунка является Карл Саган .
На пластине изображены:
- молекула нейтрального водорода;
- две человеческие фигуры, мужчины и женщины, на фоне контура аппарата;
- относительное положение Солнца относительно центра Галактики и четырнадцати пульсаров ;
- схематическое изображение Солнечной системы и траектория аппарата относительно планет.
Рисунок молекулы водорода показан состоящим из двух атомов с разным спином. Расстояние между центрами пропорционально длине волны излучения нейтрального водорода (21 сантиметр). Это число является масштабной линейкой для нахождения других линейных величин на пластинке. Рост людей на пластинке можно найти, умножив число 8 (в двоичном коде выгравировано рядом с фигурой женщины в квадратных скобках) на 21. Размеры аппарата на втором плане даны в том же масштабе.
Пятнадцать расходящихся из единой точки линий позволяет вычислить звезду, от которой прилетел аппарат и время старта. Рядом с четырнадцатью линиями нанесен двоичный код, который указывает период пульсаров, находящихся в окрестностях Солнечной системы. Поскольку со временем период пульсаров увеличивается по известному закону, можно вычислить время запуска аппарата.
На схеме Солнечной системы рядом с планетами в двоичном виде указаны относительные расстояния от планеты до Солнца.
Критика послания
Многие символы на картинке могут оказаться непонятными иному разуму . В частности, такими символами могут стать квадратные скобки, обрамляющие двоичные числа, знак стрелы на траектории отлета Пионера и приветственно поднятая рука мужчины.
Дальнейшая судьба аппарата
В 1976 году аппарат пересёк орбиту Сатурна , а в 1979 году - орбиту Урана . 25 апреля 1983 года станция миновала орбиту Плутона , который был в то время ближе Нептуна к Солнцу. 13 июня 1983 года аппарат первым пересёк орбиту самой далёкой планеты Солнечной системы - Нептуна. Официально миссия Пионера-10 закончилась 31 марта 1997 года , когда он достиг расстояния 67 а.е. от Солнца, хотя аппарат продолжал передавать данные. 17 февраля 1998 года, на расстоянии 69,419 а.е. Пионер-10 перестал быть самым удалённым от Земли рукотворным объектом, так как его обогнал космический аппарат Вояджер-1 . В 2002 году были получены последние данные телеметрии , с тех пор уловить полезные сигналы Пионера-10 не удалось. К 2009 году аппарат удалился на 100 а.е. от Солнца .
Вылетев довольно далеко за пределы орбиты Нептуна, аппарат начал испытывать силу неизвестного происхождения, вызывающую очень слабое торможение. Данное явление было названо эффектом «Пионера» . Высказывалось много предположений, вплоть до неизвестных пока эффектах инерции или даже времени. Некоторые говорили просто о систематической ошибке измерения . Причиной же постоянного ускорения оказалась асимметричность теплового излучения самого Пионера-10 .
Последний, очень слабый сигнал от Пионера-10 был получен 23 января 2003 года , когда он находился в 12 миллиардах километров (80 а.е.) от Земли. Сообщалось, что аппарат направляется в сторону Альдебарана . Если с ним ничего не случится по пути, он достигнет окрестностей этой звезды через 2 миллиона лет .
См. также
Напишите отзыв о статье "Пионер-10"
Ссылки
- - Онлайновая книга о Пионере-10 и Пионере-11 с фотографиями и диаграммами.
- - статья в CNN, 19 декабря, 2002
Примечания
|
||||||||||||||||||||||||||
| ||||||
Специалистам НАСА удалось определить причину загадочного торможения космических зондов "Pioneer 10" и "Pioneer 11", которое даже списывали на действие неизвестных законов физики. Оказалось, этот процесс связан с техническими особенностями самих аппаратов, оборудование которых порождает электрические и тепловые эффекты, создающие реактивную тягу.
"Pioneer-10" стал первым космическим аппаратом, достигшим третьей космической скорости и сфотографировавшим планету Юпитер. Он был запущен 2 марта 1972 года. На корпусе аппарата была установлена анодированная пластинка из прочного алюминиевого сплава, на которой изображено послание потенциальным внеземным цивилизациям: молекула нейтрального водорода, две человеческие фигуры на фоне контура летательного аппарата, схема Солнечной системы и пр.
В 1973 году зонд пересек астероидный пояс и пролетел на расстоянии 132 тысяч километров от облаков Юпитера, благодаря чему были получены данные о составе атмосферы планеты, ее массе, параметрах магнитного поля и прочих характеристиках, включая плотность четырех крупнейших спутников Юпитера.
В 1976 году космическая станция пересекла орбиту Сатурна, в 1979 году — орбиту Урана, а в апреле 1983 года — Плутона. 13 июня 1983 года аппарат впервые перелетел через орбиту самой дальней от Солнца планеты Нептун. Официально миссия "Пионера-10" завершилась 31 марта 1997 года, но аппарат продолжал передачу данных. В феврале 2012 года корабль стал отдаляться от Солнца со скоростью около 12,046 километра в секунду, вполне достаточной для того, чтобы выйти в межзвездное пространство.
В свою очередь, "Пионер-11" был запущен 6 апреля 1973 года. От "близнеца" его отличало лишь наличие индукционного магнитометра для измерения интенсивных магнитных полей вблизи планет. В декабре 1974 года он пролетел на расстоянии 40 тысяч километров от кромки облаков Юпитера и передал на Землю подробные снимки планеты. В сентябре 1979 года зонд прошел на расстоянии порядка 20 тысяч километров от облачной поверхности Сатурна, произвел различные измерения и передал на Землю фотографии планеты и ее спутника Титан. После выполнения исследовательской миссии зонд покинул пределы Солнечной системы и сейчас должен находиться на пути к созвездию Щит. В 1995 году контакт с аппаратом был утерян. Известно, что в феврале 2012 года он отдалялся от Солнца со скоростью 11,391 километра в секунду.
Аномалия была обнаружена еще в 1998 году, когда оба зонда отдалились на 13 миллиардов километров от Солнца. Тогда исследователи НАСА обратили внимание на то, что их скорость начала замедляться с ускорением 0,9 нанометра в секунду в квадрате. После пересечения орбиты Плутона зонды стали отклоняться от заданной траектории. Специалисты пришли к выводу, что это не могло быть вызвано влиянием солнечной гравитации.
Известные законы физики не давали ответа на вопрос о причинах происходящего — было даже выдвинуто предположение, что данное явление противоречит общей теории относительности Эйнштейна. Возможно, на спутники воздействует "темная материя"! Речь идет об искривлении пространства, что означает фактически переход в иное измерение! Так ликовали любители научной фантастики, получившие массу пищи для ума.
Впрочем, эксперты вспомнили и о том, что нечто подобное уже наблюдалось в начале 1980-х, когда некая неведомая сила начала "тянуть" аппараты назад к Солнцу. Правда, тогда было найдено объяснение: мол, все дело в остатках топлива, которые улетучивались из баков во время пролета мимо Сатурна. Однако сейчас в баках "Пионеров" нет ни капли горючего, и тем не менее, их скорость продолжает замедляться.
В 2004 году ученые начали сбор архивной информации, касающейся "Пионеров" и другой аналогичной аппаратуры. В ход шли не только компьютерные данные, но и бумажные носители, а также магнитофонные записи. Как выяснилось, "аномалия" наблюдалась только у "Пионеров". К примеру, зонд Voyager не показывал никакого торможения…
В конце концов, причина странности была выявлена. Оказалось, что электрический ток научных инструментов и тепловых генераторов, находящихся на борту аппаратов, создает очень слабую реактивную тягу, которую почти невозможно заметить в обычных условиях.
Для преодоления силы притяжения Солнца. «Пионер-10» был спроектирован и изготовлен в TRW Inc. Оператором миссии являлся исследовательский центр Эймса в Калифорнии.
| «Пионер-10» | |
|---|---|
| Pioneer 10 | |
| Пролет «Пионера-10» вблизи Юпитера в представлении художника |
|
| Заказчик | НАСА |
| Производитель | TRW Inc. |
| Оператор | Исследовательский центр Эймса |
| Задачи | Исследование внешних областей Солнечной системы и гелиосферы |
| Пролёт | Пояс астероидов , Юпитер |
| Стартовая площадка | База ВВС США на мысе Канаверал LC-36 |
| Ракета-носитель | Атлас-Центавр |
| Запуск | март 3, 1972 (1972-03-03 ) 01:49:04 UTC |
| Длительность полёта | 47 лет, 1 месяц, 10 дней |
| NSSDC ID | 1972-012A |
| SCN | |
| Технические характеристики | |
| Масса | 258 кг |
| Логотип миссии | |
| Сайт проекта | |
| «Пионер-10» на Викискладе | |
Конструкция
- источник энергии -
- отсек с электроникой.
- связь с Землёй - через параболическую антенну диаметром 2,75 метра
Аппарат нёс следующие научные приборы:
- анализатор плазмы ,
- детектор заряженных частиц ,
- комплект счетчиков Гейгера ,
- детектор космического излучения ,
- радиационный детектор, ультрафиолетовый фотометр ,
- изображающий фотополяриметр,
- инфракрасный радиометр ,
- комплект для наблюдения метеорного вещества и комплект детекторов метеорных частиц.
Масса аппарата составляла 260 кг, в том числе 30 кг научных приборов; высота - 2,9 м, максимальный поперечный размер (диаметр отражателя остронаправленной антенны) - 2,75 м. Изображения, переданные аппаратом, имели небольшое разрешение, поскольку сняты они были не камерой, а фотополяриметром, который имел очень узкое поле зрения (0,03 градуса). Развёртка по одной координате происходила за счёт вращения космического аппарата, а по другой - за счёт движения его по орбите.
«Межзвездное письмо» «Пионера-10»
На корпусе аппарата была установлена анодированная пластинка из прочного алюминиевого сплава. Размеры пластинки 220х152 миллиметров. Автором рисунка является Карл Саган .
На пластине изображены:
- молекула нейтрального водорода;
- две человеческие фигуры, мужчины и женщины, на фоне контура аппарата;
- относительное положение Солнца относительно центра Галактики и четырнадцати пульсаров ;
- схематическое изображение Солнечной системы и траектория аппарата относительно планет.
Рисунок молекулы водорода показан состоящим из двух атомов с разным спином. Расстояние между центрами пропорционально длине волны излучения нейтрального водорода (21 сантиметр). Это число является масштабной линейкой для нахождения других линейных величин на пластинке. Рост людей на пластинке можно найти, умножив число 8 (в двоичном коде выгравировано рядом с фигурой женщины в квадратных скобках) на 21. Размеры аппарата на втором плане даны в том же масштабе.
Пятнадцать расходящихся из единой точки линий позволяет вычислить звезду, от которой прилетел аппарат, и время старта. Рядом с четырнадцатью линиями нанесен двоичный код, который указывает период пульсаров, находящихся в окрестностях Солнечной системы. Поскольку со временем период пульсаров увеличивается по известному закону, можно вычислить время запуска аппарата.
На схеме Солнечной системы рядом с планетами в двоичном виде указаны относительные расстояния от планеты до Солнца.
Критика послания
Многие символы на картинке могут оказаться непонятными иному разуму . В частности, такими символами могут стать квадратные скобки, обрамляющие двоичные числа, знак стрелы на траектории отлета «Пионера-10» и приветственно поднятая рука мужчины.
Приведут ли исследования отклонений« пионеров» от законов небесной механики к научной революции?
Ученые испытывают двойственное отношение к аномалиям, которые нередко возникают в ходе исследований. С одной стороны, они вызывают чувство настороженности, и это вполне понятно. Ведь по определению аномалия — это странное, необычное или уникальное событие, которое не поддается объяснению на основе общепринятых теорий. Поэтому ее появление — сигнал потенциальной опасности, который может означать, что какая-то область научного знания нуждается в корректировке, а то и полной перестройке. В то же время действительно нетривиальные аномалии обещают, а подчас и предвещают серьезные прорывы и потому создают шансы для исследователей, готовых побороться за лидерство на передовых рубежах своей науки. Неудивительно, что аномалия, открытая 13 лет назад, быстро получила немалую известность и все еще интригует специалистов и любителей научных загадок. Это так называемая аномалия «Пионеров» (The Pioneer Anomaly).
Космические близнецы
В начале 1970-х годов нашу планету покинули два совершенно одинаковых космических зонда, которым впервые в истории космонавтики предстояло затеряться в межзвездном пространстве. Их миссия заключалась в исследовании газовых планет-гигантов, куда еще не долетали космические аппараты. После выполнения основной задачи корабли должны были выйти на гиперболические траектории и покинуть Солнечную систему.
На случай встречи с внеземным разумом «Пионеры» укомплектованы позолоченными алюминиевыми пластинками с посланием от землян: координаты Солнца по отношению к 15 пульсарам, схема Солнечной системы, рисунок мужчины и женщины на фоне зонда и ключ для расшифровки — изображение перехода электрона атома водорода из одного состояния в другое.
Обе межпланетные станции были запущены в рамках американского проекта, начатого во второй половине 1950-х годов. В те времена все работы в области космонавтики велись под эгидой министерства обороны США — в частности, первый американский искусственный спутник Земли Explorer-1 был выведен на орбиту армейскими ракетчиками. Командование военно-воздушных сил, в свою очередь, санкционировало разработку и запуск космических аппаратов, способных достичь второй космической скорости и выйти за пределы земного тяготения. Случилось так, что имя для этих аппаратов предложил приписанный к ВВС специалист по организации выставок Стивен Салига. Он заметил, что служба общественных связей Армии США стала называть своих ракетчиков первопроходцами (pioneers) космического пространства. Салига порекомендовал использовать это слово в качестве названия космических кораблей ВВС — чтобы всем стало ясно, кто осуществляет самые дальние полеты. Так получилось, что новому семейству космических аппаратов было присвоено общее имя Pioneer, которое впоследствии сохранило и NASA. Первые запуски оказались неудачными, и только Pioneer 5, стартовавший 11 марта 1960 года, выполнил поставленную задачу по измерению магнитных полей, солнечного ветра и космических лучей в пространстве между Землей и Венерой.
«Пионеры», о которых пойдет речь, имели номера 10 и 11. Каждый нес по 11 научных инструментов и, естественно, аппаратуру для радиосвязи. Эти приборы питались от радиоизотопных термоэлектрических генераторов, работающих на тепле, выделяющемся при распаде плутония-238. На каждом зонде было по четыре таких генератора, попарно укрепленных на выносных трехметровых штангах. Оба корабля вращались вокруг своих продольных осей таким образом, чтобы их параболические радиоантенны были все время направлены на Землю.
Межпланетные зонды Pioneer 10 и Pioneer 11 стали «первыми ласточками», отправленными в дальний космос. Основным пунктом их научной программы было изучение Юпитера, но в программу миссии Pioneer 11 в качестве эксперимента был включен гравитационный маневр в поле тяготения Юпитера и полет к Сатурну.
Pioneer 10 был запущен 2 марта 1972 года, его брат-близнец — 5 апреля 1973 года. Станции совершили запланированные пролеты мимо Юпитера, а Pioneer 11 в начале сентября 1979 года совершил также рандеву с Сатурном. Их бортовая аппаратура работала еще долгие годы после встречи с планетами. Pioneer 11 перестал выходить на связь в ноябре 1995 года, после того как удалился на 6,5 млрд километров от Солнца (43 а.е.). Сигналы с первого зонда поступали гораздо дольше, вплоть до 23 января 2003 года (к этому времени станция находилась в 82 а.е. от нашей планеты — то есть более чем в 12 млрд километров). В конце марта 2011 года, во время написания этой статьи, Pioneer 10 отдалился от Солнца на 103 а.е., а Pioneer 11 — на 83 а.е. (разумеется, эти оценки основаны исключительно на расчете траекторий — обе станции с Земли уже давно ненаблюдаемы). Они мчатся в противоположные стороны — Pioneer 10 стремится к периферии нашей Галактики, а Pioneer 11 — к ее центру.
Странные силы
Первые годы зонды двигались в строгом соответствии с расчетами, но впоследствии возникли странности — сами по себе ничтожные, но необъяснимые. Анализ радиометрических данных (это были доплеровские сдвиги длин волн приходящих от кораблей сигналов) показал, что они удаляются от центра Солнечной системы чуть-чуть медленней, чем полагается по законам небесной механики. Создавалось впечатление, что на зонды действует не только солнечное и планетарное тяготение, но и еще какая-то очень слабая сила, ориентированная в сторону Солнца и потому создающая ускорение в этом же направлении. Величина этого ускорения была не то что малой, но совершенно ничтожной, меньше 10 -9 м/с 2 . Эти аберрации, называемые теперь аномалией «Пионеров», впервые заметили в 1980 году, когда расстояние между Pioneer 10 и Солнцем достигло 20 а.е. (Pioneer 11 обнаружил их при удалении от Солнца всего на 15 а.е.).
Движение станций отслеживали сотрудники знаменитой Лаборатории реактивного движения (Jet Propulsion Laboratory, JPL), аффилированной с Калифорнийским технологическим институтом. Они убедили руководство NASA санкционировать исследовательскую программу для изучения обнаруженной аномалии. Осуществление этой программы началось в 1995 году в партнерстве с частной калифорнийской фирмой Aerospace Corporation. Через три года участники проекта опубликовали первый отчет, основанный на радиометрических данных, полученных от Pioneer 10 в 1987—1995 годах и от Pioneer 11 до октября 1990 года. Результаты свидетельствовали, что величина аномального ускорения обеих станций почти одинакова и приблизительно равна 8х10−10 м/с2. И было совсем уж странно, что величина этого ускорения практически не изменилась, несмотря на то что за время наблюдения каждый из зондов вдвое увеличил свою дистанцию от Солнца.
Сотрудники Лаборатории реактивного движения и дальше продолжали заниматься аномалией «Пионеров». В 2002 году был опубликован еще один отчет, подтвердивший прежние выводы. Авторы пришли к заключению, что наиболее правдоподобная оценка загадочного ускорения обоих кораблей составляет (8,74±1,33)х10 -10 м/с 2 . Ученые не смогли объяснить эту аномалию ни одной из известных физических причин. Ее не удавалось списать ни на давление солнечного света, ни на удары частиц солнечного ветра. Эти механизмы создают чрезвычайно слабые силовые воздействия, к тому же направленные от Солнца, а не к Солнцу. Точно так же не помогал ни учет торможения корабля частицами космической пыли, ни притяжение трансплутоновых космических тел, составляющих пояс Койпера.
На графике показано очень небольшое аномальное ускорение межпланетных зондов Pioneer 10 и Pioneer 11 по мере их удаления от Солнца.
Поскольку апробированная физика явно не сработала, не было недостатка в экзотических моделях. Аномалию «Пионеров» не раз пытались приписать влиянию темной материи, а также истолковывали как указание на необходимость внесения поправок в теорию тяготения — и в ньютоновскую, и в эйнштейновскую. Эту аномалию даже пробовали объяснить с помощью космологических эффектов, связанных с расширением Вселенной. В общем, гипотез возникло множество, но объяснения аномалии до сих пор как не было, так и нет.
Данные для Pioneer 10 и Pioneer 11
Расстояние от Солнца (а.е.)
103,188; 83,132
Скорость относительно Солнца (км/с)
12,060; 11,412
Скорость относительно Солнца (а.е./год)
2,544; 2,407
Небесная широта
3,0°; 14,3°
Склонение (эпохи 2000 г.)
25,84°; -8,59°
Прямое восхождение (эпохи 2000 г.)
5,088 часа; 18,762 часа
Курс на созвездие
Телец; Щит
Расстояние от Земли
(а.е) 103,926; 82,739
Расстояние от Земли (световые часы)
14,41; 11,47
Звездная величина Солнца с космического аппарата
-16,6; -17,1
Дата запуска
3 марта 1972; 6 апреля 1973
Изучение архивов
За последние несколько лет исследователи в Лаборатории реактивного движения произвели детальнейший анализ огромного массива информации, имеющей отношение к движению «Пионеров». Окончательных выводов еще нет, но многое стало яснее. Об этом «Популярной механике» рассказал руководитель группы по изучению аномалии «Пионеров» Вячеслав Турышев.
Аномалии и научные революции
Аномалии возникают и в экспериментах, и в теории. К примеру, в конце XIX столетия физики обнаружили неизвестные и, главное, не предсказанные ранее излучения — рентгеновские лучи, альфа-, бета- и гамма-частицы. Эти открытия вполне заслуженно были восприняты как серьезные аномалии, а сейчас любой школьник знает, какое влияние они оказали на научный прогресс.
А вот еще пример из того же времени. В апреле 1900 года знаменитый физик Уильям Томсон, получивший за научные заслуги титул лорда Кельвина, прочел в лондонском Королевском институте лекцию «Тучи над динамической теорией тепла и света, унаследованные от XIX столетия». Речь велась именно об аномалиях — и каких! Одну из них Кельвин усмотрел в итогах оптического эксперимента, выполненного в 1887 году американскими физиками Альбертом Майкельсоном и Эдвардом Морли. С помощью интерферометра они пытались обнаружить движение Земли относительно неподвижного эфира, в котором, как тогда считали, распространяется свет и прочие электромагнитные волны. Однако результат оказался нулевым. Другое затруднение, также отмеченное Кельвином, относилось к кинетической теории газов, разработанной еще в середине XIX столетия. Она позволяла вычислять отношение теплоемкостей газов, определенных при постоянном объеме и постоянном давлении. Эксперимент показал, что для газов, состоящих из двухатомных молекул, такое отношение равно 1,4. Теория допускала этот результат при условии, что молекулы абсолютно жесткие, а это противоречило данным об их оптических спектрах. Окончательно объяснить первую аномалию смогла только эйнштейновская теория относительности, а вторая получила объяснение лишь после создания квантовой механики.
Естественно, многие научные аномалии оказываются пустышками, возникшими из-за элементарных ошибок эксперимента или неадекватной интерпретации результатов. Так, в 1903 году весьма уважаемый французский физик-экспериментатор Рене Блондло поразил научный мир сообщением, что газоразрядные трубки испускают ранее неизвестное проникающее излучение, не предусмотренное законами физики. У него нашлись десятки сторонников, которые опубликовали более трех сотен статей в подтверждение «открытия». Однако через пару лет физики пришли к выводу, что «N-лучей» Блондло попросту не существует, так что эта аномалия оказалась хоть и сенсационной, но короткоживущей. Кроме того, даже истинные аномалии чаще всего свидетельствуют о неполадках местного значения и вовсе не становятся прелюдией научных революций.
Для начала имеет смысл вспомнить о двух классических аномалиях из истории исследования Солнечной системы. Примерно к 1840 году астрономы заметили, что движение Урана по небесной сфере немного отличается от траектории, рассчитанной на основании законов небесной механики. Когда эта аномалия сделалась очевидной, ей начали искать объяснения. Одни астрономы утверждали, что орбиту Урана искажает притяжение пока что не открытой планеты, расположенной еще дальше от Солнца. Другие предлагали более радикальное решение — ньютоновский закон всемирного тяготения нуждается в поправках. Как известно, правы были первые, а вторые ошибались. Об этом свидетельствует сделанное в 1846 году открытие Нептуна, заранее вычисленного французом Урбеном Леверье и англичанином Джоном Адамсом.
Вторая аномалия исчезла совсем иначе. Примерно в те же годы астрономы убедились, что Меркурий тоже ведет себя несколько «не по правилам». Для интерпретации расхождений между наблюдениями и вычислениями тот же Леверье в 1855 году выдвинул гипотезу о существовании одного или нескольких небесных тел, обращающихся вокруг Солнца внутри орбиты Меркурия и практически полностью скрытых от земных наблюдателей солнечным сиянием. Эта версия оказалась ошибочной, и меркурианскую аномалию удалось полностью объяснить лишь с помощью релятивистской теории тяготения, созданной Альбертом Эйнштейном.
«Таким образом, две очень похожие аномалии разрешились полярным образом, — говорит Турышев. — Фундаментальная теория, в контексте которой проявились аберрации движения Урана (конкретно — ньютоновская небесная механика), была оставлена без изменений, а сами аберрации удалось связать с неизвестным ранее внешним фактором — притяжением трансурановой планеты. Во втором случае все произошло ровно наоборот — неучтенные внешние помехи не обнаружились, а ньютоновская теория тяготения уступила эйнштейновской. Возникает вопрос: по какой схеме разрешится аномалия ‘Пионеров"? Нашей группе за последние годы удалось собрать воедино практически всю доступную информацию по обоим кораблям. Сюда входят и навигационные данные со станций слежения, и телеметрия с бортовой аппаратуры. Общий объем накопленных сведений по Pioneer 10 в два с половиной раза больше первоначально использовавшегося массива. А по Pioneer 11 таких данных больше в десять раз. Поэтому теперь можно с еще большей уверенностью, нежели в прошлом, утверждать, что аномалия действительно имеет место и что она практически одинакова для обоих зондов».
Объяснение на 70%
В этом, конечно, нет ничего принципиально нового, но группе Турышева удалось сделать гораздо больше. Станции могли общаться с Землей, поскольку на них работали радиоизотопные генераторы, от которых питалась вся бортовая аппаратура. Естественно, что эти приборы выделяли тепло, которое уходило в космос в виде инфракрасного излучения. Кроме того, корабли нагревались солнечным светом и опять-таки переизлучали тепло в пространство, хотя за орбитой Сатурна этот эффект был малозначимым. Исследователям из Лаборатории реактивного движения удалось построить и просчитать математическую модель этих тепловых потоков. Очень важно, что она максимально учитывает конкретную архитектуру каждого зонда и поэтому дает возможность достоверно судить, как именно он отдает тепловую энергию.
Что же из этого получилось? Станции были стабилизированы вращением вокруг продольной оси. Тепло, которое излучалось перпендикулярно этой оси — так сказать, с боковой поверхности, — из-за вращения рассеивалось во все стороны и на движение зондов не влияло. А вот фотоны, которые уходили вдоль оси, все время сохраняли направление и поэтому создавали отдачу, которая уже могла отразиться на скорости. Один конец этой оси был направлен на внутреннюю область Солнечной системы, то есть фактически на Солнце, а другой — на ее периферию. Расчеты показали, что тепловые фотоны создавали чуть большую отдачу в сторону Солнца, нежели в противоположном направлении. Это и означает, что инфракрасное излучение зондов породило очень слабую силу, подталкивающую корабли к Солнцу.
Но почему величина аномалии была почти одинаковой за все время наблюдений, хотя мощность генераторов постепенно ослабевала из-за распада плутония? Дело в том, что бортовые приборы работали в ступенчатом режиме и с течением времени все чаще и чаще отключались. Генераторы давали все меньше энергии, однако все большая и большая часть ее расходовалась не на работу аппаратуры, а на пассивный прогрев кораблей. Поэтому и получилось, что за время наблюдений аномальное ускорение оказалось относительно стабильным.
«А теперь перейдем к самому интересному, — продолжает Вячеслав Турышев. — Наша модель объясняет это ускорение, но не полностью, а лишь примерно на 70%. Что делать с остатком, пока не ясно. Необъясненная часть составляет примерно 2х10−10 м/с2. Интересно, что именно эту величину дают вычисления, сделанные на основании так называемой модифицированной ньютоновской динамики (Modified Newtonian Dynamics, сокращенно MOND), предложенной в 1983 году израильским физиком Мордехаем Мильгромом. Эта теория утверждает, что ньютоновская механика нуждается в поправках в тех случаях, когда она имеет дело с телами, движущимися с чрезвычайно малым ускорением. Конечно, это может быть простым совпадением, но весьма вероятно, что энтузиасты этой теории отнесутся к нашим результатам как к аргументу в ее поддержку. Сам я склонен считать, что за этот остаток несут ответственность какие-то пока не учтенные, но не такие уж экзотические причины. Впрочем, время покажет».
Итак, аномалия «Пионеров» в основном объяснена. Но все же не закрыта. Быть может, с ней удастся окончательно справиться, не привлекая никакой новой физики, однако не исключено, что ее дальнейшее изучение принесет ученым подлинные сюрпризы. В общем, продолжение следует.
При достижении 1-й космической скорости объект выйдет на замкнутую орбиту вокруг небесного тела и останется там. При достижении 2-й космической скорости объект сможет преодолеть гравитационное притяжение этого тела и отправиться к другим планетам. При достижении же 3-й космической скорости, объект сможет навсегда покинуть Солнечную систему и отправиться к звездам...
К настоящему моменту таких объектов немного - лишь пять аппаратов достигли 3-й космической скорости и трудно сказать, когда этот список может быть пополнен. Если на Земле случится какая-то глобальная катастрофа, то возможно что эти аппараты останутся единственным доказательством существования человеческой цивилизации.
Пионер-10 и Пионер-11
Итак. первым космическим аппаратом достигшим достаточной скорости чтобы навеки покинуть Солнечную систему стал Пионер-10 . Запущенный в марте 1973 года, он прошел по пролетной траектории вблизи Юпитера после чего направился в сторону созвездия Тельца. Связь с Пионером-10 была потеряна в 2003 году, сейчас он находится на расстоянии 108 а.е. от Солнца и продолжает удаляться от нас со скоростью 2.536 а.е. в год. Предполагается, что через 2 миллиона лет Пионер-10 может пройти вблизи одной из звезд входящих в рассеянное скопление Гиады (где кстати находится Альдебаран).
Вторым аппаратом стал Пионер-11 , который был запущен в апреле 1973 года. После изучения Юпитера, аппарат был отправлен к Сатурну, что первоначально не входило в планы NASA - коррективы были внесены уже во время полета. После прохождения в 1979 вблизи Сатурна, никаких дальнейших коррекций курса не производилось и аппарат отправился в вечное путешествие по направлению к созвездию Орла. Связь с аппаратом была потеряна в 1995 году. Сейчас он находится на расстоянии 88 а.е. от Солнца и продолжает ежегодно увеличивать его на 2.396 а.е., что делает его самым медленным из всей "пятерки". Предполагается, что примерно через 4 миллиона лет Пионер-11 может приблизиться к какой-то из звезд созвездия.
По настоянию Карла Сагана , незадолго до запуска на борт Пионеров была помещена алюминиевая пластинка с символьной информацией о Земле, её местоположении (для получения метрических и временны́х единиц на пластинке, воспроизведена схема излучения атома водорода, а также карта пульсаров, на которой помечено положение Солнца в Галактике), и схематичным рисунком человека на фоне аппарата, чтобы гипотетические пришельцы смогли лучше представить себе масштабы.
Пластинка прикрепленная к Пионеру
Что интересно, впоследствии авторы послания подверглись шквалу критики. Их обвиняли в расизме (ведь на картинке изображены белые люди), порнографии (ведь люди на картинке голые - изображение женщины кстати отцензурировали, лишив черточки обозначавшей вульву), в том, что пришельцы не смогут его прочесть, в том что не смогут понять смысл приветственного жеста мужчины на рисунке, и в конце концов в том, что не стоит отправлять такую информацию в космос, ибо это может быть опасно.
Собственно, тот самый выгравированный на пластинке рисунок
Стоит отметить, что на табличке нарисованы 9 планет солнечной системы (ведь тогда Плутон еще считался планетой), а в случае с Пионером-11 его траектория указана неверно. Ведь как уже говорилось, маневр к Сатурну не был запланирован, и в реальности аппарат покинул Солнечную систему по траектории, фактически противоположной указанной.
И тем не менее, случись что с Землей, и возможно эти пластинки все, что будет напоминать о нашем существовании. Кстати, Джеймс Ван Аллен в своей автобиографии в шутливой форме признавался, что незадолго до запуска намеренно оставил отпечатки своих пальцев на корпусе Пионера-10 в надежде что они еще миллионы лет будет кружить вокруг центра нашей галактики и возможно даже переживут Солнце.
Вояджер-1 и Вояджер-2
Третьим и четвертым аппаратами набравшими 3-ю космическую скорость стали знаменитые Вояджеры. Запущенные в 1977 году, они вначале изучали Юпитер и Сатурн. Последней целью Вояджера-1 был Титан - пролетев вблизи спутника, аппарат получил значительный прирост скорости за счет гравитационного поля, что в итоге сделало его самым быстрым из всей пятерки аппаратов. Сейчас Вояджер-1 находится на расстоянии 124 а.е. от Солнца и продолжает ежегодно удаляться от него на 3.593 а.е., двигаясь при этом в том же направлении что и Солнце. В 40 722 году аппарат пройдет на расстоянии 1.7 световых года от красного карлика AC+79 3888.
Что касается Вояджера-2 , то он потерял часть полученной от Сатурна прибавки скорости при пролете Урана, но потом частично компенсировал эти потери за счет гравитационного маневра у Нептуна. Сейчас он находится на расстоянии 102 а.е. от Земли и продолжает ежегодно удаляться еще на 3.253 а.е. За счет большей скорости со временем он обгонит Пионер-10 и станет вторым по удаленности от Солнца космическим аппаратом, но вот Вояджер-1 перегнать ему уже не суждено.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.
Миссия Вояджеров была намного амбициознее, нежели Пионеров. Неудивительно, что в этот раз ученые заранее готовили послание для возможных инопланетян.
На борту каждого из Вояджеров был размещен алюминиевый футляр внутри которого находится покрытая золотом 30 сантиметровая медная пластинка. Вместе с пластинкой в футляр упакованы фонографическая капсула и игла для воспроизведения записи, а на самом футляре выгравирована схема, изображающая установку иглы на поверхности записи, скорость проигрывания и способ преобразования видеосигналов в изображение. Кроме того, как и в случае с Пионерами, на поверхности футляра были указаны галактические координаты Солнца. На самой пластинке записана музыка, звуки Земли, приветствие на 50 языках, а также закодированы 116 изображений . Так как защитники морали и в этот раз не дремали, фотографий обнаженных людей на этих снимках тоже не было.
Слева сам футляр, справа находящаяся в нем пластинка со "Звуками земли". Существует предположение, что в течении миллионов лет космическая пыль так сильно повредит ее, что информацию с нее невозможно будет считать. Но уж лучше так, чем вообще ничего не делать.
А вот это инструкции NASA по тому, как надо расшифровывать изображение на футляре
Новые горизонты
И наконец, последним аппаратом достигшим к этому моменту 3-й космической скорости стал зонд Новые горизонты , запущенный в 2006 году для изучения Плутона. Поскольку его миссия еще продолжается и возможны коррекции курса, точная траектория по которой аппарат покинет Солнечную систему и его конечная скорость еще неизвестны. Понятно лишь, что скорость Новых горизонтов будет выше чем у Пионеров, и меньше чем у Вояджеров - а значит в списке самых удаленных рукотворных объектов от Земли он займет почетное третье место.
По каким-то причинам, в этот раз NASA решило не оставлять никаких посланий, адресованных внеземным цивилизациям. Но на борт аппарата все же попало несколько сувениров - два американских флага, две монеты, два компакта-диска на котором записаны имена 434 738 человек, участвовавших в акции «Send Your Name to Pluto», почтовая марка, кусочек первого частного космического корабля SpaceShipOne и капсула с частицей праха первооткрывателя Плутона Клайда Томбо . Если в будущем какие-то разумные особи перехватят аппарат, то вероятно они будут долго ломать голову над предназначением этих предметов.
Схематичное изображение траекторий всех пяти аппаратов, покидающих пределы Солнечной системы
Хочется отметить еще один любопытный факт - пока что возможности земной техники не позволяют достигнуть 3-й космической скорости при старте с Земли. Каждый из этой пятерки аппаратов добирал недостающую скорость за счет гравитационного маневра у Юпитера, который может дать приращение скорости до 40 км/с.
Другие объекты покидающие Солнечную систему
Завершая этот мини-обзор, необходимо упомянуть, что помимо данной "пятерки", существует еще одна группа объектов, которым суждено навсегда покинуть Солнечную систему. Речь идет о последних ступенях ракет носителей, выводивших все эти аппараты в космос. Так как они двигались по примерно таким же траекториям, что и сами корабли, то предполагается что пройдя возле Юпитера эти ступени достаточно ускорились, чтобы этого хватило для достижения 3-й космической скорости. Единственным исключением является последняя ступень ракеты, отправившей в космос Пионер-11, которая согласно расчетам должна была просто выйти на гелиоцентрическую орбиту.
Поневоле можно задаться вопросом - если в нашей галактике существуют другие разумные виды, которым суждено найти оставленные человечеством артефакты, то что из всего этого будет найдено с большей долей вероятности? И с другой стороны, если мы сами найдем артефакты внеземного происхождения, то чем они будут - какой-то сложной и продвинутой техникой, содержащей указания на то, кто ее создал или же просто космическим мусором? И не существуют ли у потенциальных пришельцев аналогов наших блюстителей морали, решающих за другие разумные виды что может считаться непристойностями и что не следует отправлять в космос?
