Вояж “Вояджера-2”: коли другий не означає останній

Почавши свою космічну подорож трохи раніше “Вояджера-1”, “Вояджер-2” все одно отримав другий порядковий номер у місії. Дещо повільніша швидкість польотної траєкторії, тим не менш, дозволила “Вояджеру-2” побувати поблизу більшої кількості планет нашої геліосфери.

Ідентичний “Вояджеру-1” за своєю програмно-технічною частиною, другий номер пройшов унікальний шлях, про який ми розповімо у заключній частині серії статей, присвячених річниці космічної програми “Вояджер”.

Вимірювання космічного фону та магнітного поля

У попередніх публікаціях, присвячених “Вояджерам”, ми розповідали, як працює зв’язок у глибокому космосі та якими комп’ютерами оснащувалися апарати. Однак зовсім поза увагою залишилося обладнання, яке призначалося для вивчення міжзоряного середовища навколо “Вояджера”, зокрема слабких флуктуацій магнітного поля, космічних променів, частинок низької енергії та плазми. Показники цих величин дозволили астрофізикам отримати більш точну картину радіаційного фону всередині та зовні нашої Сонячної системи, та визначити дані щодо магнітосфери Юпітера, Сатурна, Урана і Нептуна. 

Для вимірювання навколишнього магнітного поля “Вояджер” використовує чотири магнітометри: два високого поля та два — низького. Прилад є сукупністю трьох ферозондових магнітометрів, намотаних навколо кільцеподібного феромагнітного сердечника, які надають картину зміни напруженості магнітного поля за трьома осями нашого виміру. Зміни магнітного поля поблизу планет і місяців, повз які пролетів “Вояджер”, дозволили спеціалістам NASA створити тривимірну модель розподілу магнітного поля в межах нашої геліосфери.

Мала потужність, необхідна магнітометрам, встановленим на “Вояджерах”, дозволила б їм вимірювати рівень магнітного поля у міжзоряному середовищі ще протягом десятків років. Проте вже за декілька років рівні магнітних флуктуацій знизяться до таких енергетичних меж, що їх більше не зможе уловлювати наукове обладнання зонда.

Для реєстрації космічних променів “Вояджер-2” використовує систему CRS (Cosmic Ray Subsystem). Вона дозволяє йому вимірювати енергетичний спектр електронів, що надходять на датчик, в діапазоні від 3 до 110 МеВ.

Робота системи CRS обслуговується за допомогою трьох підсистем:

1. Системи телескопів високих енергій (HETS).
2. Системи телескопів низьких енергій (LETS).
3. Електронного телескопа (TETS).

CRS — найчутливіший прилад із розташованих на “Вояджері”, що дозволяє йому вимірювати енергетичні спектри та склад ядер космічних променів у діапазоні енергій 1-500 МеВ/ядро. Завдяки цьому CRM, зокрема, зміг проаналізувати склад сонячного вітру, виявивши в ньому присутність атомів азоту, гелію, вуглецю та кисню. Саме зміна рівня галактичних космічних променів, які вловлював CRS, дозволила у листопаді-грудні 2018 року зафіксувати вихід “Вояджера-2” за межі нашої Сонячної системи.

Для уловлювання заряджених частинок з низькою енергією “Вояджер” використовує систему LECP (Low Energy Charged Particle), яка представлена двома приладами:

1. LEMPA (Low Energy Magnetospheric Particle Analyzer) — аналізатор низькоенергетичних магнітосферних частинок. Усередині аналізатора розташовується магніт зі спеченого кобальту та рідкісних металів, який відфільтровує частки низької енергії, що приходить на нього, перенаправляючи іони та протони на свій альфа-детектор повної енергії і відхиляючи частки середньої та низької енергії в бета- та гамма-детектори. LEMPA призначався для пошуку й фіксації частинок низької енергії поблизу планет і місяців, які пролітав “Вояджер”, та здатний фіксувати енергію до 12 кеВ (кілоелектронвольт).
2. LEPT (Low Energy Particle Telescope) — телескоп, що вловлює низькоенергетичні частинки. За своєю технічною реалізацією LEPT — це набір твердотільних детекторів для вимірювання розподілу заряду ядер з низькою та середньою енергією. Низькоенергетичний телескоп призначався для знаходження міжпланетних та міжзоряних низькоенергетичних частинок.

На “Вояджері” функціонує система із чотирьох приборів — PLS (Plasma Science Experiment), яка фіксує іони та електрони з низькою енергією, що переважають у складі космічної плазми. Три плазмові детектори системи PLS спрямовані на Землю до потоку сонячного вітру, що виходить від Сонця, а четвертий встановлений під прямим кутом до цього напрямку.

Послання землян

Перед запуском “Вояджерів” у найвіддаленіші куточки Сонячної системи в NASA подумали про створення інформаційного послання, якщо космічний апарат на своєму шляху буде перехоплений позаземними цивілізаціями. Аналогом космічного “листа у пляшці” у NASA став позолочений відеодиск, прикріплений до зовнішньої основи корпусу обох “Вояджерів”.

На пластині закодовано 115 слайдів, що ілюструють життя на Землі. У якості музичного наповнення записано всю різноманітність земних звуків: шум прибою, шелест вітру, плач дитини, шепіт матері, гуркіт від землетрусу і виверження вулкана, гуркіт грому. Також зроблено записи голосів різноманітних звірів та птахів. Музична спадщина людства представлена творами Баха, Моцарта та Бетховена, джазовими композиціями Луї Армстронга та національною музикою народів, що населяють Землю. 2015 року в NASA ухвалили рішення надати громадськості повні збірки записів, розміщених на золотих дисках обох “Вояджерів”. З їхнім аудіонаповненням можна ознайомитися на Soundcloud-сторінці агентства.

У двійковому коді, яким запрограмований диск, вказувалося навіть розташування Землі в нашій Галактиці. У якості точок-орієнтирів на цьому маршруті у NASA взяли координати розташування 14 пульсарів — сильно намагнічених нейтронних зір, що надзвичайно швидко обертаються, випромінюючи внаслідок цього з основи своїх полюсів велику кількість космічної радіації.

Для того щоб визначити розташування нашої Землі відносно 14 пульсарів, інопланетянам пропонувалося використовувати міру у 1420 МГц. Саме в цьому діапазоні випромінює надтонка молекулярна структура найпоширенішої речовини у нашому матеріальному Всесвіті — водню.

Можливо, “Вояджери” блукатимуть нашим Всесвітом ще не один мільярд років. Разом із пройденим часом зростає й вірогідність того, що одного разу ця, без сумніву, романтична ідея NASA все ж таки знайде свого кінцевого адресата.

У двійковому коді, яким запрограмований диск, вказувалося навіть розташування Землі в нашій Галактиці. У якості точок-орієнтирів на цьому маршруті у NASA взяли координати розташування 14 пульсарів — сильно намагнічених нейтронних зір, що надзвичайно швидко обертаються, випромінюючи внаслідок цього з основи своїх полюсів велику кількість космічної радіації.

Для того щоб визначити розташування нашої Землі відносно 14 пульсарів, інопланетянам пропонувалося використовувати міру у 1420 МГц. Саме в цьому діапазоні випромінює надтонка молекулярна структура найпоширенішої речовини у нашому матеріальному Всесвіті — водню.

Можливо, “Вояджери” блукатимуть нашим Всесвітом ще не один мільярд років. Разом із пройденим часом зростає й вірогідність того, що одного разу ця, без сумніву, романтична ідея NASA все ж таки знайде свого кінцевого адресата.

Результати місії “Вояджера-2”

Згадаємо шлях, пройдений “Вояджером-2”. Для цього ми склали короткий список з найбільш значимих відкриттів, які космічний апарат зробив за роки свого вояжу.

• 20 серпня 1977 року — старт “Вояджера-2” на ракеті-носії “Титан-Центавр” (Titan IIIE).
• 9 липня 1979 року зонд впритул наблизився до Юпітера (71 400 км) і пролетів безпосередньо поряд з Європою та Ганімедом, отримавши унікальні знімки та моніторингові дані поблизу поверхні місяців. “Вояджер-2” зміг дослідити атмосферу супутника Юпітера — Ганімеда. Зонд визначив її щільність і хімічний склад, а також виявив на поверхні небесного тіла шар кори, що складався з бруду та льоду.
• 25 серпня 1981 року “Вояджер-2” зміг пролетіти на мінімальному віддаленні від Сатурна (101 000 км). Його траєкторія також пройшла біля супутників Сатурна — Тефії та Енцелада, що дозволило отримати знімки приголомшливої деталізації їхнього поверхневого рельєфу.
• “Вояджер-2” увійшов до системи Урана у січні 1986 року. 24 січня апарат підлетів на найближчу дистанцію до планети, що склала 81 800 км, і зробив аналізи атмосфери Урана, зафіксувавши рух величезного шару планетарних хмар.

Згадаємо шлях, пройдений “Вояджером-2”. Для цього ми склали короткий список з найбільш значимих відкриттів, які космічний апарат зробив за роки свого вояжу.

• 20 серпня 1977 року — старт “Вояджера-2” на ракеті-носії “Титан-Центавр” (Titan IIIE).
• 9 липня 1979 року зонд впритул наблизився до Юпітера (71 400 км) і пролетів безпосередньо поряд з Європою та Ганімедом, отримавши унікальні знімки та моніторингові дані поблизу поверхні місяців. “Вояджер-2” зміг дослідити атмосферу супутника Юпітера — Ганімеда. Зонд визначив її щільність і хімічний склад, а також виявив на поверхні небесного тіла шар кори, що складався з бруду та льоду.
• 25 серпня 1981 року “Вояджер-2” зміг пролетіти на мінімальному віддаленні від Сатурна (101 000 км). Його траєкторія також пройшла біля супутників Сатурна — Тефії та Енцелада, що дозволило отримати знімки приголомшливої деталізації їхнього поверхневого рельєфу.
• “Вояджер-2” увійшов до системи Урана у січні 1986 року. 24 січня апарат підлетів на найближчу дистанцію до планети, що склала 81 800 км, і зробив аналізи атмосфери Урана, зафіксувавши рух величезного шару планетарних хмар.

• Увійшовши до зіркової системи Нептуна, “Вояджер-2” наблизився до планети на дистанцію 5000 км, виявивши в її екваторіальній зоні гігантську пляму, діаметр якої перевищував діаметр Землі вдвічі. Дослідники дійшли висновку, що пляма ця є воронкою одного з найбільших атмосферних антициклонів у нашій системі, швидкість вітру всередині якого сягає 2400 км/год. “Вояджер-2” виявив і чотири раніше невідомі супутники Нептуна, та зміг дослідити супутник Сатурна — Тритон, на поверхні якого була зафіксована гейзерна активність, що вважалася невластивою для таких віддалених від Сонця об’єктів.  

• Зустріч із Нептуном стала останньою зустріччю “Вояджера-2” з планетою в нашій Сонячній системі, оскільки гравітаційне поле Нептуна змінило курсову траєкторію зонда. Внаслідок цієї події зонд відхилився від площини екліптики та остаточно втратив можливість вийти на орбітальні траєкторії планет Сонячної системи. Апарат почав повільно віддалятися від Нептуна і 10 грудня 2018 року перетнув кордон геліопаузи та вийшов у міжзоряний простір.
• 2019 року в науковому журналі Nature Astronomy опублікували цикл статей, присвячених діяльності зонда у міжзоряному просторі. Зокрема, NASA були представлені дані, отримані з детекторів магнітного поля, регістрів низькоенергетичних частинок, космічних променів та міжзоряної плазми.

Наразі “Вояджер-2” та його брат-близнюк “Вояджер-1” повільно віддаляються від зовнішніх рубежів Сонячної системи. Сьогодні на обох зондах у межах заходів задля економії енергії вже відключено більшість наукових установок та систем для проведення астрономічних експериментів. Однак, як би в NASA не намагалися продовжити термін служби “Вояджерів”, зв’язок із ними, найімовірніше, перерветься вже 2025 року. Космічні апарати назавжди залишаться блукати в космосі, являючи собою фізичне втілення невгамовної тяги людського генія до пізнання.