Непоправна втрата. NASA починає відключати "Вояджери" — найбільш далекі рукотворні об'єкти

Два ідентичні космічні апарати "Вояджер-1" і "Вояджер-2" були запущені в космос влітку 1977 року з різницею всього 15 днів. Майже через 45 років космічних досліджень обидва апарати все ще працюють і щодня відправляють на Землю дані з-за меж Сонячної системи.

Обидва "Вояджери" дібралися даліта пропрацювали довше, ніж будь-який інший космічний апарат в історії людства. Вони стали першими рукотворними об'єктами, які перетнули кордон між зоною впливу Сонця та рештою галактики.

Цей рекорд, схоже, не буде побитий, як мінімум, ще кілька десятиліть, навіть не дивлячись на досягнення сучасної науки. Результат можна назвати фантастичним — враховуючи, що місія "Вояджерів" мала тривати лише 4 роки.

Ще на початку своєї подорожі "Вояджери" зробили перші знімки супутників Юпітера та Сатурна, які виявилися вкриті льодом і вулканами, що діють. До цих знімків учені думали, що далекі супутники багато в чому схожі на наш Місяць. У 1986 році "Вояджер-2" першим в історії пролетів повз Уран, а через 3 роки пройшов повз Нептун. Наразі це єдиний апарат, який здійснив подібні прольоти. Тепер апарати "Вояджер" розташовані майже за 20 млрд км від Землі.

Але, зважаючи на все, космічна одіссея "Вояджерів" поступово добігає кінця. У 2022 році NASA планують відключити деякі системи апаратів, щоб запасів енергії вистачило хоча б до 2030 року.

"Тривалість основної місії була чотири роки. Але якщо інженери мали можливість поставити дорожчу деталь, але не надто необхідну для чотирирічної місії, вони все ж таки це робили. Ще примітніший той факт, що для місії побудували відразу два кораблі, і вони обидва все ще працюють", — каже Сюзанна Додд, яка з 2010 року керує проєктом.

"Вояджери" в космосі: вершина технологій

Під час будівництва "Вояджерів" лише один космічний корабель використав гравітацію однієї планети, щоб долетіти до іншої. Зонд "Марінер-10" виконав гравітаційний маневр поруч із Венерою на шляху до Меркурія. "Вояджери" мали зробити кілька таких обльотів із похибкою в десятки хвилин.

Перша зупинка "Вояджерів" була біля Юпітера, що в 10 разів далі від нашої планети, ніж Меркурій. Також апарати мали пройти через пояс астероїдів.

"До запуску "Вояджерів" велися запеклі суперечки про те, чи вийде взагалі пройти через пояс астероїдів, щоб апарати не розірвало на частини", — каже фізик із Лабораторії прикладної фізики Університету Джона Гопкінса (APL) Ральф МакНатт, який більшу частину життя присвятив "Вояджеру".

На початку 1970-х два апарати "Піонер-10" і "Піонер-11" благополучно пролетіли через пояс астероїдів, який виявився досить "порожнім" простором. Так ці два апарати проклали шлях для "Вояджерів".

Для того, щоб упоратися з усіма проблемами по дорозі, "Вояджерам" знадобився певний вбудований інтелект. Апарати розміром із Volkswagen "Жук" оснастили комп'ютерами з 69 кілобайтами пам'яті, що становить менше однієї стотисячної частки ємності сучасного смартфона. Але порівняння зі смартфонами має не надто вдалий вигляд.

"Комп'ютери "Вояджерів" оснащені меншим об'ємом пам'яті, ніж брелок, що відкриває двері в машині", — зізнається планетологиня з Лабораторії реактивного руху Лінда Спілкер, вона розпочала роботу над місіями "Вояджер" у 1977 році.

Дані з космічних апаратів записуються на восьмидоріжкових картриджах, а потім відправляються на Землю за допомогою 23-ватного передавача. Його потужність приблизно дорівнює потужності лампи в холодильнику. Для того, щоб посилювати сигнал, що передається на Землю, обидва "Вояджери" несуть на собі параболічні антени шириною 3,5 метра для відправки та прийому сигналів.

"Під час створення "Вояджерів" нам здавалося, що ми перебуваємо на вершині технологій. Нам вдалося завершити будівництво кораблів напрочуд швидко", — каже фізик із Каліфорнійського технологічного інституту й член команди "Вояджера" Алан Каммінгс.

Загалом за чотири роки команда дослідників завершила будівництво трьох космічних кораблів, серед яких один був робочим випробувальним зразком. За кілька місяців до старту місії два апарати були перейменовані на "Вояджер-1" і "Вояджер-2".

Уже в березні 1979 року "Вояджер-1" дістався до Юпітера, провівши в дорозі 546 днів із моменту запуску. "Вояджер-2" прибув до Юпітера в липні того ж року, але використав іншу траєкторію, ніж його брат-близнюк.

Обидва "Вояджери" були побудовані так, щоб залишатися завжди в стабільному стані для кращого зображення з камер. У камерах використовувалися червоні, зелені та сині фільтри, щоб на Землі могли отримати кольорові зображення. Апарати майже не обертаються під час польоту, їхнє обертання приблизно в 15 разів повільніше, ніж рух стрілки, що відраховує годинник.

Відкриття "Вояджерів" і одна блідо-блакитна точка

Перший доказ того, що не всі супутники в Сонячній системі схожі на Місяць, з'явилося, коли "Вояджери" були приблизно за 1,6 млн км від Юпітера. Система виявлення низькоенергетичних заряджених частинок (LECP) вловила незвичайні сигнали.

"Ми побачили, як у детектор потрапляє велика кількість іонів кисню та сірки. Щільність цих іонів підскочила втричі порівняно з рівнями, які детектор фіксував до цього", — каже Стаматіос Кримігіс, який розробив інструмент LECP.

Розгадку надали камери "Вояджерів", які показали, що на супутнику Юпітера Іо є вулкани, що діють. Тепер учені знають, що Іо — найбільш вулканічно активне тіло в Сонячній системі.

За весь час своєї наукової діяльності "Вояджери" зробили понад 33 тис. фотографій Юпітера та його супутників. Кожне з цих зображень було великим науковим відкриттям.

Саме завдяки "Вояджерам" учені дізналися, що Юпітер має кільця, а Європа вкрита неймовірною кіркою льоду.

Коли апарат залишав Юпітер, він отримав від нього гравітаційний поштовх зі швидкістю 57 400 км/год. Без цього поштовху апарати не змогли б подолати тяжіння Сонця та вийти в міжзоряний простір.

Поряд із Сатурном дороги апаратів "Вояджер-1" і "Вояджер-2" розійшлися. Перший пролетів через кільця Сатурна, прийнявши на себе удар тисяч порошинок, пройшов повз Титан і попрямував геть із Сонячної системи.

У цей же час "Вояджер-2" вирушив у гості до Урана та Нептуна. У 1986 апарат "Вояджер-2" відкрив 10 нових супутників Урана й додав його в список планет, що мають кільця. Через три роки після цього "Вояджер-2" пройшов над атмосферою Нептуна, де зафіксував найвищу швидкість вітру серед планет Сонячної системи, що сягала 600 м/с. Також апарат з'ясував, що найбільший супутник Нептуна Тритон — одне з найхолодніших місць у Сонячній системі. Температура на поверхні супутника досягає -235 градусів за Цельсієм.

Фотографії Нептуна та його супутників могли стати останніми знімками, зробленими "Вояджером-2". Але відомий астроном Карл Саган, який також був членом команди з обробки зображень, запропонував зробити один останній знімок.

Справа в тому, що після завершення основної місії NASA планувало вимкнути камери обох апаратів. У міжзоряному просторі, куди попрямували "Вояджери", камери апаратів не змогли б зробити знімки через брак світла.

Але Саган запропонував NASA, щоб "Вояджер-1" зробив останню серію зображень. У День святого Валентина в 1990 році зонд повернувся до внутрішньої частини Сонячної системи та зробив останній залп із 60 фотографій. Найвідомішим знімком стало зображення Землі з відстані 5,9 млрд км. Саган описав Землю на фото як "блідо-блакитну точку". До цього дня ця фотографія залишається найвіддаленішим зображенням Землі. На ній наша планета дійсно має вигляд ледь помітної блакитної точки, яка не займає навіть повний піксель.

Зонди "Вояджер" і вихід у міжзоряний простір

Зараз обидва зонди перебувають настільки далеко від Землі, що радіосигналу, який летить зі швидкістю світла, потрібно майже 22 години, щоб дістатися до "Вояджера-1" і більше 18 годин — до "Вояджера-2". Щодня апарати віддаляються від Землі ще на кілька світлових секунд.

"Вояджери" все ще тримають зв'язок із Землею завдяки системі NASA, яка складається з трьох комплексів стеження, розкиданих по всій планеті. Система забезпечує безперервний зв'язок із апаратами, незважаючи на обертання Землі. Але в міру видалення зондів їхні сигнали стають дедалі слабшими.

"Земля — це дуже галасливе місце. Радіо, телевізори, мобільні телефони — все видає шум. Тому нам стає все складніше почути тихий шепіт двох неймовірно далеких космічних апаратів", — говорить співробітник Мережі далекого космічного зв'язку NASA Глен Негл.

Незважаючи на всі проблеми, "Вояджери" все ж таки змогли вийти в міжзоряний простір. Іншими словами, зонди подолали кордон, який відокремлює міжзоряне середовище від регіону, куди дістає сонячний вітер. Учені називають цей кордон геліопаузою — це місце, де відбувається остаточне гальмування сонячного вітру. Зовні геліопази править бал уже міжзоряна плазма.

Учені просять не плутати геліосферу з краєм Сонячної системи, яка включає в себе далеку хмару Оорта. До цієї точки "Вояджерам" доведеться летіти ще 300 років.

На дорогу до міжзоряного середовища апарати витратили майже 20 років. "Вояджер-1" перетнув геліопаузу 25 серпня 2012 року. Але дані зонда були настільки суперечливі, що оголошення про відкриття довелося затримати.

"Вояджер-1" справді зафіксував очікуваний стрибок щільності плазми, його детектор показав 80-кратне збільшення. Але в даних не було жодних ознак змін у навколишньому магнітному полі. Зазначимо, що геліопауза вважається також межею магнітного поля Сонця.

У листопаді 2018 року "Вояджер-2" також не помітив жодних відмінностей у магнітному полі. Крім того, апарат підкинув ученим ще одну загадку. "Вояджер-2" перетнув геліопаузу на відстані 120 астрономічних одиниць від Землі, по суті, у тому самому місці, що і "Вояджер-1". Такі дані не узгоджуються з теоретичними моделями, які кажуть, що сфера впливу Сонця має розширюватися та стискатися відповідно до 11-річного сонячного циклу.

"Вояджер-2" прибув на місце, коли сонячний вітер був на своєму піку, і, згідно з моделями, межа геліопаузи мала відсунутися далі, ніж на 120 а. о.

Які інструменти втратили "Вояджери" та які ще доведеться втратити

Зараз у "Вояджера-2" перебувають у робочому стані п'ять інструментів, у "Вояджера-1" — чотири. Як відомо, всі ці інструменти живляться від пристрою на борту зондів, який перетворює тепло від розпаду плутонію на електрику. Але потужність зменшується приблизно на 4 вати на рік, і NASA довелося вибирати.

Близько двох років тому космічне агентство вимкнуло обігрів детектора космічних променів, який відіграв вирішальну роль у дослідженні геліопаузи. У NASA вважали, що після відключення обігріву інструмент вийде з ладу.

"Температура знизилася приблизно на 60-70 градусів за Цельсієм, що значно перевищило всі можливі межі, але прилад продовжував працювати", — наголошує Лінда Спілкер.

І нарешті два прилади "Вояджерів", які будуть вимкнені в останню чергу, — це, швидше за все, магнітометр і плазмовий науковий прилад. Справа в тому, що обидва інструменти розташовані всередині зондів, де підігріваються теплом комп'ютера. Інші інструменти апаратів підвішені на 12-метровій стрілі.

"Коли ми відключаємо обігрівачі, ці зовнішні інструменти стають дуже холодними. Якщо все піде за планом, можливо, ми зможемо продовжити роботу місії до 2030-х років за рахунок відключення наукових інструментів", — додає Спілкер.

Але навіть після того, як "Вояджери" доведеться повністю відключити, їхня неймовірна подорож продовжиться. Приблизно через 16 700 років "Вояджер-1" побуває в гостях у нашої сусідньої зірки Проксими Центавра. Ще через 3600 років "Вояджер-2" повторить цей шлях. Потім апарати продовжать мандрувати галактикою протягом мільйонів років.

Швидше за все, зонди переживуть Сонце, яке вибухне, і застануть часи, коли більше не буде геліосфери й тієї самої "блідо-блакитної точки". Наприкінці свого шляху "Вояджери" передадуть останнє повідомлення, але його кінцевим адресатом будуть не люди.

Це послання було записано на платівках із міді, покритих золотом і запечатаних у алюмінієву оболонку. На відомих "золотих пластинах" закодовані образи, звуки тайінші дані, які можуть дати уявлення про місце, звідки прибули "Вояджери" — нашу планету.

За матеріалами Scientific American.