Запущенный 2 марта 1972 года «Пионер-10» стал первым искусственным зондом, исследовавшим Юпитер.

Спустя 5 лет он покинул пределы Солнечной системы и даже, когда научная программа исследований была завершена (произошло это 31 марта 1997 года), все еще продолжал передавать данные о межпланетной радиации и величине магнитного поля. NASA приняло решение не отключать автоматическую систему зонда, учитывая тот факт, что его радиоизотопный источник питания все еще продолжал вырабатывать электроэнергию.

С тех пор NASA периодически делало попытки устанавливать с ним связь. В апреле 2001-го на «Пионер-10» вновь был послан сигнал, вернувшийся 22 часа спустя. Так что, по всей видимости, его состояние много лучше того, что могли предполагать специалисты. Еще в прошлом году зонд передавал данные, получаемые детектором космических лучей.

То, как этот зонд передвигается в пространстве, представляет для ученых огромный интерес, поскольку наблюдаемое замедление «Пионера» одним лишь гравитационным притяжением Солнечной системы, как выяснилось, объяснить нельзя. А значит, это обстоятельство может либо служить свидетельством существования неизвестной пока науке силы, либо быть связанным с какими-то свойствами самого космического аппарата. Дело в том, что точная копия этого зонда — «Пионер-11», в задачу которого входили исследования Юпитера и Сатурна, был запущен в 1973 году, но в 1995-м связь с ним прервалась.

«Пионер-10» стал первым аппаратом, сумевшим пройти через Астероидный Пояс и провести наблюдения и съемку вблизи Юпитера. На сегодняшний момент этот самый отдаленный объект из всех созданных человеком продолжает находиться в межзвездном космическом пространстве, двигаясь по направлению к звезде Альдебаран (созвездие Тельца).

На борту «Пионера —10» находится пластина размером 15х23 см из алюминия, анодированного золотом, с выгравированной пиктограммой. Закреплена она на стойках, поддерживающих антенну аппарата так, чтобы защитить ее поверхность от эрозии, вызываемой межзвездной пылью. По замыслу разработчиков, с ее помощью предполагаемые жители других звездных систем, которых, возможно, отделяют от нас миллионы лет, смогут узнать, когда, откуда и кем был запущен этот аппарат.

Вверху схематично изображены два атома водорода с противоположными спинами электронов. Длина волны излучения атомарного водорода и его частота являются базовыми единицами для всех данных на схеме. Все числовые данные записаны в двоичной форме («|» — единица, «-» — ноль). Пучок расходящихся радиальных линий показывает 14 пульсаров, по расположению которых можно понять, что родиной аппарата является Солнечная система.

Горизонтальные и вертикальные штрихи на концах лучей соответствуют двоичным записям расстояний от Солнца до каждого пульсара и период его излучения. Так как период излучения пульсаров уменьшается с постоянной скоростью, можно определить момент, когда был запущен «Пионер». Длинный горизонтальный луч, проходящий через фигуры людей, показывает расстояние от Солнца до центра нашей Галактики. Внизу пластины представлены само Солнце (большая окружность) и 9 планет (штриховые записи под и над ними соответствуют двоичной записи расстояний до Солнца), а также траектория движения аппарата, удаляющегося от Земли, минующего Марс и огибающего Юпитер.

Горизонтальные штрихи вверху и внизу правее женской фигуры показывают ее рост (168 см) и соответствуют длине волны водорода (21 см), умноженной на 8, двоичная запись которой (один горизонтальный и три вертикальных штриха) находится справа от центра женской фигуры. Рядом с мужской фигурой схематично показан сам «Пионер» (базовый блок в виде прямоугольника и антенна в виде сегмента круга). Это дает возможность представить физические размеры и внешний облик существ, создавших «Пионер». Рука мужчины поднята вверх, означая и приветствие, и доброжелательность.

С момента первых практических полетов ракет в космос, за пределы Земли было доставлено свыше 3 тысяч объектов различного назначения, и лишь 5 аппаратов направляются далеко за пределы Солнечной системы. Речь идет о легендарных зондах, совершивших в свое время, уникальные открытия в области астрономии. Аппараты: Вояджер 1 и 2, Пионер 10 и 11, Новые Горизонты. Им удалось во всех деталях показать нам миры с расстояния вытянутой руки, которые раньше представлялись нам мерцающими крошечными точками в небе. Мы отлично помним о совершенной ими титанической работе в прошлом, но по большей части мы совершенно не в курсе, где эти аппараты находятся сегодня, а ведь некоторые из них функционируют и передают данные до сих пор.

Пионер-10

Этот зонд полностью оправдывает свое название «Пионер». Запущенный в далеком 1972 году, он был первым во многом, но самым главным его достижением было преодоления силы гравитации , за счет маневра у .

Пионер-10 стал первым аппаратом, направившийся в межзвездное пространство, неся на своем борту первое «вещественное» послание внеземным цивилизациям.

Сегодня (зима 2017 года), Пионер 10 находиться на расстоянии 115 а. е. от Земли. Космическое агентство НАСА еще в середине 90-х годов потеряло всякий контроль над аппаратом, но ответный сигнал об активном состоянии бортового компьютера Пионера продолжал улавливаться на Земле еще вплоть до лета 2003 года.

Считается что и сейчас корабль имеет слабое питание компьютера, и исправный передатчик, но мощности сигнала радиостанции недостаточно чтобы даже самая большая антенна на Земле смогла его «услышать». Проще говоря, у Пионера-10 просто сели батарейки.

Пионер-11

Следующий аппарат, той же серии, был отправлен к , для изучения планеты, его колец и спутников. Корабль передал массу снимков не только Сатурна, но и транзитного для его полета — Юпитера. После чего, Пионер-11 был выброшен в открытый космос силами «гравитационной рогатки» планет гигантов.

Сейчас Пионер-11 находиться на расстоянии 105 а. е. от Земли. Последний успешный радиообмен с зондом был произведен в 1995 году, но из-за того, что передающая тарелка Пионера-11 со временем утратила точную ориентацию на Землю, дальнейшая передача сигнала стала невозможной. Как и Пионер-10, Пионер-11 скорей всего находиться в рабочем состоянии, и продолжает передавать слабый сигнал (отчет о работе бортового компьютера) мимо Земли за пределы солнечной системы.

Вояджер-1

Самый дальний от нашей планеты объект искусственного происхождения. Сейчас Вояджер-1 находиться на расстоянии 142 а. е. от Земли. Аппарат и сегодня имеет прямую связь с Землей, однако некоторая часть оборудования корабля за 38 лет полета вышла из строя, вполне возможно следствием этого могли стать мощные столкновения зонда с космической пылью.

Вояджер-1 настолько удалился от Солнца, что будь у него возможность оглянуться назад, и наше родное светило выглядело как яркая звезда, не дающая аппарату практически никакого тепла. Вояджер-1 сейчас находиться в практически полной темноте, температура за бортом приближается к температуре реликтового излучения и на данный момент составляет не более 12 Кельвинов. Хотя Вояджер-1 формально покинул известную нам Солнечную систему, однако на него все еще оказывает влияние гравитация Солнца, то есть аппарат может «встречается» с объектами, вращающимися вокруг Солнца. А вот микроскопическое вещество, окружающее Вояджер-1 уже, имеет мало общего с нашей Системой и является частью межзвездной среды – продуктом других звезд и газопылевых облаков.

Вояджер-2

Наверное, самый удачный космический зонд, который был отправлен человеком для изучения Солнечной системы. Вояджер посетил сразу 4 планеты, открыл множество новых объектов и с огромной скоростью вылетел за пределы системы Солнца.

Сейчас Вояджер-2 находится на расстоянии 120 а. е. от Земли. Его оборудование полностью исправно, хотя находиться в режиме пониженного потребления энергии бортовых реакторов. Примерно один раз в год, производиться сеанс связи с аппаратом. Вояджер-2 продолжает отвечать на любую команду с с задержкой сигнала более 23 часов. Ожидается, что до момента критического исчерпания уровня генерации тока, оба Вояджера еще около 10 лет смогут держать связь с Землей.

Космические аппараты Pioneer 10 и 11, находящиеся сейчас на краю нашей Солнечной системы, уже некоторое время демонстрируют аномальное поведение: постепенное замедление своего движения, не совпадающее с расчетом. Последний анализ данных, собранных о движении аппаратов, показал, что аномалия не является постоянной, как считалось ранее, и снижается с течением времени. По мнению американских ученых, причиной является ассиметричное излучение тепла; в ближайшее время они планируют представить доказательства этой теории.

Космические аппараты Пионер 10 и 11 были запущены в космос в 1972 и 1973 году, соответственно. Основной целью космической миссии было наблюдение за одной из планет Солнечной системы – Юпитером. Официальная миссия Pioneer 11 продолжилась чуть дольше - до 1979 года, когда состоялась его встреча с Сатурном.

Чтобы во время выполнения миссий и впоследствии оставаться на связи с космическими зондами, исследователи использовали так называемую Deep Space Network – систему антенн дальней космической связи, расположенных по всему миру. Контакт удавалось поддерживать до 1995 года (с Pioneer 10) и 2003 года (с Pioneer 11). Сегодня оба космических зонда находятся примерно в 2 раза дальше от Солнца, чем Плутон, с ними давно нет связи. Но ряд загадок, которые удалось наблюдать тогда, не разгаданы до сих пор.

Как только космические зонды вышли за пределы гравитации Сатурна, их движение должно было определяться в основном силой тяжести Солнца, а также небольшим влиянием других планет и космической пыли. Расчеты принимали во внимание все эти эффекты, но исследователи обнаружили, что оба космических аппарата двигались к межзвездным пространствам медленнее, чем ожидалось. Анализ собранных данных, проведенный в 2002 году, показал, что наблюдалось аномальное ускорение около 10-9 м/с2, направленное в сторону Солнца.

Ученые со всего мира предлагали различные объяснения обнаруженной аномалии. Некоторые из них были весьма экзотическими, к примеру, включая в себя неньютоновскую силу тяжести или различные космологические явления. Другие же объяснения базировались на физических законах – утечке газа или неравномерности излучения тепла используемых на борту атомных источников электрической энергии. Однако «традиционные» объяснения предполагали, что ускорение со временем должно уменьшаться, а ранний анализ данных не выявил этого уменьшения.

Более детальный анализ, проведенный недавно учеными из Jet Propulsion Laboratory (США) и привлекший более полную информацию о наблюдениях, проведенных несколько десятилетий назад, включая старые записи, хранившиеся на перфокартах, показал, что уменьшение аномалии на самом деле присутствует. Ученым удалось собрать подробную информацию о примерно 23,1 годах «жизни» аппарата Pioneer 10 и 10,75 лет для аппарата Pioneer 11 (по сравнению с 11,5 и 3,75 лет, соответственно, доступных в предыдущих исследованиях). Кроме того, при Допплеровском анализе частот было учтено, что после прохода космическими аппаратами Юпитера, протоколы связи были переделаны для упрощения поддержания контакта. Причем, многие изменения были задокументированы только в рукописях. Также отдельные станции Deep Space Network выходили из строя – вместо них в действие вводились новые. Команде даже пришлось обратиться к архивным данным по землетрясениям, чтобы учесть все даже незначительные сдвиги отдельных антенн, входивших в сеть.

Проделанная работа позволила констатировать, что уменьшение аномалии присутствует. Однако ученые пока не могут сказать, является оно линейным или экспоненциальным; также невозможно точно определить, направлено это ускорение на Солнце или на Землю.

Следующим этапом ученые планируют провести такой же детальный анализ тепловыделения аппаратов, чтобы подтвердить свою теорию о причинах аномалий.

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?

Пионер-10 стал первым космическим аппаратом , достигшим третьей космической скорости , первым аппаратом, совершившим пролёт Юпитера и сфотографировавшим планету. Аппарат-близнец «Пионер-11 » исследовал также Сатурн .

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.

«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, таким символами могут стать квадратные скобки, обрамляющие двоичные числа, знак стрелы на траектории отлета Пионера. Приветственно поднятая рука мужчины тоже понятна только человеку.

Дальнейшая судьба аппарата

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 говорят 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 .

Примечания

См. также

• Исследования Юпитера

Ссылки

• Pioneer Odyssey, NASA SP-396, 1977 - Онлайновая книга о Пионере-10 и Пионере-11 с фотографиями и диаграммами.
• A distant Pioneer whispers to Earth - статья в CNN, 19 декабря, 2002

Исследование Юпитера космическими аппаратами
С пролётной траектории
С орбиты
Спускаемые зонды
Будущие миссии
Отменённые миссии
См. также
Жирный шрифт обозначает действующие АМС