АМС Солнечной системы. Часть 2. К Юпитеру и дальше...

Автор: Кулькова Светлана 27.05.2011 08:08

Интересное

На планетах, расположенных за пределами пояса астероидов, побывало очень мало земных автоматических станций. Это связано с большими энергозатратами по доставке аппаратов к желаемой цели исследований, а также некоторыми техническими сложностями работы аппаратов в жесткой радиационной среде. Поэтому эти исследования могли осуществить только хорошо финансируемые космические агентства. В период с 1973 года NASA послало к внешним планетам нашей Солнечной системы 8 аппаратов. Именно NASA сейчас главенствует в беспилотных миссиях за пределами пояса астероидов.

Парад планет в конце 70-х прошлого века создал уникальную возможность облететь все внешние планеты Солнечной системы, кроме Плутона, и руководство NASA решило использовать ее по максимуму. АМС "Вояджеры" посетили Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун, передав первые качественные снимки этих газовых гигантов.

ЮПИТЕР

В окрестностях Юпитера были исключительно аппараты NASA. В 1973 и 1974 годах мимо планеты прошли "Пионер-10" и "Пионер-11" (англ. Pioneer 10, Pioneer F и  Pioneer 11, Pioner G). Аппараты передали несколько сот снимков (невысокого разрешения) планеты и галилеевых спутников, впервые измерили основные параметры магнитного поля и магнитосферы Юпитера. Информация, полученная этими двумя аппаратами, позволила астрономам и инженерам создать более совершенные зонды, чтобы улучшить качество и количество данных о Юпитере.

В 1979 году около Юпитера пролетели "Вояджеры" (англ. Voyager). Впервые были получены снимки высокого разрешения планеты и её спутников, были впервые обнаружены кольца Юпитера, получены сведения о химическом составе атмосферы, данные по магнитосфере, температуре верхних слоев облаков. Открыли вулканическую активность Ио и наличие водяного льда на поверхности Европы. В настоящее время аппараты выполняют дополнительную расширинную миссию по определению местонахождения границ солнечной системы, включая пояс Койпера.

Юпитер используют для совершения гравитационного маневра на пути к другим планетам окраины нашей Солнечной системы. Так это было с аппаратами "Улисс" (миссия ESA и NASA для изучения Солнца) в 1992 году и "Новые горизонты" (миссия NASA для изучения Плутона и пояса Койпера) в 2007.

В 1992 году мимо планеты прошёл "Улисс" (англ. Ulysses). Аппарат в рамках дополнительной к его основной миссии (изучение Солнца) провел измерения магнитосферы Юпитера. И воспользовавшись притяжением планеты, совершил гравитационный маневр, выйдя на полярную орбиту солнечную орбиту. В феврале 2004 г. "Улисс" снова пролетал мимо Юпитера, однако на большем расстоянии. Основная его миссия по изучению Солнца была завершена 1 июля 2008 года.

В 1995 году аппарат NASA "Галилео" (англ. Galileo) подошел к Юпитеру. Впервые этот газовый гигант начали исследовать не с пролетной траектории. Это был первый (и пока единственный) аппарат, вышедший на орбиту Юпитера, изучавший планету длительное время и сбросивший в её атмосферу спускаемый зонд.

Именно "Галилео" на пути к Юпитеру в 1994 году сфотографировал, как комета Шумейкеров — Леви 9 врезается в Юпитер. Благодаря данным "Галилео" были построены более точные модели процессов, происходящих в атмосфере Юпитера. Аппарат зарегистрировал многочисленные грозы с молниями в 1000 раз мощнее земных. Передал множество снимков Большого Красного Пятна — гигантского шторма (размером превышающего диаметр Земли), который наблюдают уже 300 лет.

Было получено множество новых данных и подробные снимки поверхности спутников. Было установлено, что Ио обладает собственным магнитным полем, подтверждена теория о наличии океана жидкой воды под поверхностью Европы, высказаны гипотезы о наличии жидкой воды в недрах Ганимеда и Каллисто. Также были определены необычные характеристики Амальтеи.

Аппарат проработал 8 лет до 2003 года, передав гигабайты информации, изображений планеты и его спутников. Предполагалось, что после прибытия к Юпитеру "Галилео" проработает два года, переходя с одной орбиты на другую с целью сближения с каждым из крупных спутников. 21 сентября 2003 года, после 14 лет полёта и 8 лет исследований системы Юпитера, миссия "Галилео" была завершена. Аппарат был послан в атмосферу Юпитера со скоростью около 50 км/с с целью избежать возможности занесения микроорганизмов с Земли на спутники Юпитера. Он расплавился в верхних слоях атмосферы.

Хотя главная антенна "Галилео" не раскрылась, вследствие чего поток данных составил лишь 1% от потенциально возможного, тем не менее, все основные цели миссии были достигнуты.

Кроме того, в 2000 году был поставлен уникальный эксперимент: измерение магнитного поля планеты одновременно с двух точек с "Галилео" и "Кассини", который пролетал мимо Юпитера, на своем пути к Сатурну. Кстати, "Кассини" сделал ряд самых высококачественных изображений за всю историю наблюдений за Юпитером.

Официальный сайт миссии http://solarsystem.nasa.gov/galileo/

Последний зонд, который на пути к окраине Солнечной системы, заглянул к Юпитеру в феврале 2007 года, стал "Новые Горизонты" (англ. New Horizons) воспользовался возможностью и произвел фотографирование планеты и его спутников с высоким разрешением.

Сейчас идет активная подготовка к запуску в 2011 году для детального изучения Юпитера с полярной орбиты аппарата NASA "Юнона" (англ. Juno, также Jupiter Polar Orbiter). Зонд займется изучением магнитного поля, химического состава атмосферы, составлением карты ветров и проверки гипотезы о наличии у планеты твердого ядра.

Сайт будущей миссии http://www.nasa.gov/mission_pages/juno/main/index.html


САТУРН

Впервые окольцованную планету посетил аппарат NASA "Пионер-11" в 1979 году. Затем в 1980 и 1981 году за ним проследовали "Вояджер-1" и "Вояджер-2". У всех трех аппаратов это были однократные пролетные траектории с близкого расстояния, которые позволили получить детальные снимки колец и их состав, обнаружить магнитное поле, и наблюдать штормы в атмосфере газового гиганта.

Очень долгое время с тех пор Сатурн изучали только с телескопа им.Хаббла, пока в июле 2004 года, после 7-летнего "гуляния" по Солнечной системе (аппарату пришлось совершить два гравитационных маневра, используя притяжения планет Венера и Юпитер), на орбиту планеты вышла автоматическая станция "Кассини-Гюйгенс" (англ. Cassini–Huygens), созданная совместно NASA, Европейским космическим агентством (ESA) и Итальянским космическим агентством (ASI), и по настоящее время продолжает иcследовать окрестности Сатурна и его спутников.

Аппарат состоит из двух основных элементов: непосредственно орбитальной станции "Кассини" (англ. Cassini orbiter) и спускаемого зонда "Гюйгенс" (англ. Huygens probe), предназначенного для посадки на Титан. 25 декабря 2004 зонд Гюйгенс отделился от главного аппарата. Зонд достиг Титана 14 января 2005 и выполнил успешный спуск в атмосфере спутника. Во время спуска "Гюйгенс" отбирал пробы атмосферы. С помощью внешнего микрофона удалось сделать запись звука ветра. Снимки, сделанные в ходе спуска, показали сложный рельеф со следами действия жидкости.

С помощью орбитальной станции "Кассини" была проверена общая теория относительности (наблюдался частотный сдвиг и задержка радиосигнала, приходящего от аппарата), получены подробные снимки колец Сатурна, включая такие образования в них как "спицы", открыты новые спутники планеты, а также осуществил близкие пролеты рядом с 8 спутниками: Фебой, Мимасом, Дионой, Гипериона, Тефии, Реи, Энцеладом и конечно же Титаном.

Хорошая подборка лучших снимков со спутника "Кассини" http://bigpicture.ru/?p=56918

Особый интерес для ученых представляет Титан - крупный спутник Сатурна, особенность которого заключается в наличии атмосферы, которую зафиксировали в свое время АМС "Вояджеры". С помощью радарных съемок с "Кассини" на нем были обнаружены озера, заполненые жидкими углеводородами. Исследования Титана позволили выдвинуть гипотезу о наличии на нём простейших форм жизни, в частности, в подземных "водоёмах", где условия могут быть гораздо комфортнее, чем на поверхности.

Первоначально миссия была запланирована до 2008, однако впоследствии продлена до лета 2010. 3 февраля 2010 года было объявлено о дальнейшем продлении программы до 2017 года. Теперь миссия получила новое название "Кассини Солнцестояние" (англ. Cassini Solstice Mission).

Сайт миссии http://saturn.jpl.nasa.gov/index.cfm

Следующую миссию Titan Saturn System Mission (TSSM) планируется произвести только в 2020-х годах. Аппарат TSSM включает в себя один орбитальный и два спускаемых модуля: воздушный шар, который будет летать в небе Титана и посадочный модуль, который должен приводниться на поверхность одного из метановых озёр.




УРАН и НЕПТУН

Первый и пока единственный аппарат, достигший Урана и Нептуна это "Вояджер-2". Пролетев у Сатурна, "Вояджер-1" отправился за пределы Солнечной системы. Планеты в основном изучают с Земли, в том числе и с орбитального телескопа им.Хаббла.

В 1986 году "Вояджер-2" пролетел Уран и получил снимки планеты с близкого расстояния. На них видна «невыразительная» в видимом спектре планета без облачных полос и атмосферных штормов, характерных для других планет-гигантов. Аппарат провёл изучение структуры и состава атмосферы Урана, обнаружил 11 новых спутников, изучил уникальные погодные условия, вызванные осевым креном в 97.77°, подтвердил и обнаружил систему колец. Также было исследовано строение магнитосферы, и, в особенности, «магнитного хвоста», вызванного поперечным вращением. А также сфотографированы 5 самых крупных спутников. Большинство сведений, известных сегодня об Уране, получены буквально в течение нескольких часов, пока станция находилась поблизости от планеты, пролетая на расстоянии 81 500 км от поверхности облаков со скоростью около 46 000 км/ч (примерно 13 км/с).

Далее зонд отправился к Нептуну и пролетел вблизи четвертой по величине газовой планеты Солнечной системы в 1989 году, передав на Землю снимки Нептуна и его крупного спутника Тритона. Аппарат подтвердил существование магнитного поля у планеты и провел его измерения. Определил период вращения планеты, и показал активную погодную систему Нептуна, а также наличие Большого темного пятна (устойчивый шторм-антициклон размерами 13 000 х 6600 км), аналогичное Большому красному пятну на Юпитере. Было подтверждено наличие слабых фрагментированных колец и 6 новых спутников.

В настоящее время NASA планирует запуск к Урану аппарата Urane Orbiter в 2020-х годах. В его состав будет входить орбитальный аппарат и атмосферный зонд.

Дат запуска миссий по исследованию Нептуна пока не называются.



ПЛУТОН

Удалённость Плутона и его маленькая масса делают трудными его исследования с помощью космических аппаратов. "Вояджер-1" мог бы посетить Плутон, но предпочтение было отдано пролёту вблизи спутника Сатурна — Титана, в результате траектория полёта оказалась несовместимой с пролётом вблизи Плутона. А у "Вояджера-2" вообще не было возможности приблизиться к Плутону. Никаких серьёзных попыток исследовать Плутон не предпринималось вплоть до последнего десятилетия XX века. Осуществление полёта неоднократно откладывалось из-за недостатка финансирования, а также задержек с изготовлением плутониевого термоэлектрического генератора электроэнергии. С середины 90-х годов проект успел сменить несколько концепций и названий — Pluto Fast Flyby, Pluto Express и, наконец, New Horizons Pluto-Kuiper Belt Mission.

Миссия NASA "Новые горизонты" (англ. New Horizons) успешно стартовала 19 января 2006 года. В начале 2007 года аппарат совершил гравитационный манёвр вблизи Юпитера, что придало ему дополнительное ускорение. 18 марта 2011 года аппарат пересёк орбиту Урана. В августе 2014 года пройдет орбиту Нептуна. Исследование системы Плутона будет выполняться с пролетной траектории, поскольку возможности современной космонавтики не позволяют аппарату погасить скорость, чтобы выйти на орбиту вокруг Плутона. Максимальное сближение аппарата с Плутоном произойдёт 14 июля 2015 года. Научные наблюдения за Плутоном начнутся за 5 месяцев до этого и продлятся, по крайней мере, в течение месяца с момента прибытия.

"Новые горизонты" осуществит картографическую съемку, проверит наличие магнитного поля у планеты, изучит состав атмосферы и структуру поверхности Плутона. С помощью радиоспектрометра оценит массу Плутона, Харона и выбранных объектов в поясе Койпера.

Пролетев мимо Плутона, аппарат, возможно, изучит ещё какой-нибудь объект пояса Койпера. После этого аппарат продолжит полет в поясе Койпера и со временем выйдет в межзвездное пространство. Полная миссия рассчитана на 15-17 лет. На борту АМС установлена капсула с частью праха астронома Клайда Томбо, первооткрывателя Плутона.

Официальный сайт миссии http://pluto.jhuapl.edu/



....И ЗА ПРЕДЕЛЫ

За орбитой Плутона на данный момент находятся 4 станции, которые стартовали с Земли с 70-х годов двадцатого века. Выполнив свои основные программы по исследованию газовых гигантов, аппараты взяли курс к границам Солнечной системы.

После 11 лет полета, в 1983 году "Пионер-10" миновал орбиту Плутона и стала первым запущенным с Земли аппаратом, покинувшим пределы Солнечной системы. Официально миссия "Пионера-10" завершилась в 1997 году, однако ученые продолжали обрабатывать идущие с него сигналы. Последний сигнал был получен 23 января 2003 года. Сообщалось, что аппарат направляется в сторону Альдебарана. Если с ним ничего не случится по пути, он достигнет окрестностей звезды через 2 миллиона лет.

"Пионер-11" после выполнения исследовательской миссии, включавшей в себя пролеты рядом с гигантами Юпитером (1974) и Сатурном (1979), взял курс в направлении созвездия Щит. В 1995 контакт с аппаратом был потерян. По состоянию на конец 1995 года космический аппарат находился на 44.7 а.е. от Солнца.

Страница миссий http://www.nasa.gov/mission_pages/pioneer/

"Вояджеры" стали третьим и четвёртым космическими аппаратами, покинувшими пределы Солнечной системы. Теперь из научных исследований "Вояджеров" на первом месте — изучение переходных областей между солнечной и межзвёздной плазмой. "Вояджер-1" пересёк гелиосферную ударную волну (англ. termination shock) в декабре 2004 года на расстоянии 94 а. е. от Солнца. "Вояджер-2" пересек гелиосферную ударную волну 30 августа 2007 года на расстоянии 84.7 а.е.. Ожидается, что аппараты пересекут гелиопаузу примерно через 10 лет после пересечения гелиосферной ударной волны.

Ученые надеются, что связь с "Вояджерами" удастся поддерживать и после того, как они пересекут гелиопаузу.

Сайт миссии http://voyager.jpl.nasa.gov/

Послания другим цивилизациям на борту "Пионеров" и "Вояджеров"

На борту каждого из четырех аппаратов закрепили "приветственные послания к братьям по разуму": в виде прямоугольных пластинок из анодированного золотом алюминия (на "Пионерах") и позолоченных видеодисков (на "Вояджерах"). На всех пластинах помечено положение Солнца в нашей Галактике относительно ближайших пульсаров, а также инструкция по расшифровке послания и данных о человеке, Земле и важнейших научных открытиях.


Вот мы и закончили наше путешествие с межпланетными автоматическими станциями к крупным телам нашей Солнечной системы. В следующий раз рассмотрим космические миссии, которые были направлены на изучение малых объектов, которые бороздят окрестности Солнца - астероидов и комет.

Статья подготовлена по материалам российских и иностранных источников.
Иллюстрации NASA, JPL.