Ник. Горькавый
____________________
Научные сказки Ник. Горькавого см. «Наука и жизнь» №№ 11, 12, 2010 г.; №№ 1-6, 9, 11, 2011 г.; №№ 6-9, 2012 г.
«Наука и жизнь» № 10, 2012
.
Как только астрономы доказали, что пять ярких светил, двигающихся по звёздному небу, такие же планеты, как и наша Земля, — начала свой рассказ принцесса Дзинтара, — сразу возникли жгуче-интересные вопросы: есть ли жизнь на Марсе, растут ли джунгли на Венере, похожи ли многочисленные спутники Юпитера и Сатурна на нашу безжизненную Луну, или там кто-нибудь живёт?
Земные телескопы мало помогали в изучении инопланетной жизни: даже на Марсе, который лучше всего виден с Земли, различали лишь полярные шапки, а насчёт остальных деталей — существования марсианских каналов или сезонных изменений цвета марсианской поверхности — велись ожесточённые споры. Запуски космических спутников и межпланетных аппаратов открыли возможности для прямого исследования других планет, о чём астрономы давно мечтали.
В Солнечной системе есть четвёрка ближайших к Солнцу, так называемых внутренних, небольших по космическим меркам и твёрдых планет — Меркурий, Венера, Земля и Марс — и четвёрка внешних газовых планет-гигантов — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.
— В нашей системе есть ещё астероиды и кометы, — уточнил Андрей.
— А что такое газовые планеты? — спросила Галатея, хитро прищурившись. — Они надуты газом, как воздушные шары?
— Нет, но эти планеты почти полностью состоят из водорода. Когда-то его собралось так много, что он поймал себя в ловушку собственной гравитации. Камни, падающие на такие планеты, проваливаются сквозь мощную водородную атмосферу, попадают в океан из жидкого водорода и тонут в нём. В конце концов они собираются в небольшое каменное ядро, которое есть в центре каждой газовой планеты.
— Значит, там внутри всё-таки твёрдая поверхность! — воскликнула Галатея.
— В центре газовых планет так жарко, что всё твёрдое, что туда попадает, быстро плавится. Но мы мало знаем о строении подобных планет. В ХХ веке русские и американцы запустили полсотни межпланетных научных аппаратов. Почти все они нацеливались на ближайшие к Земле планеты — Венеру и Марс, потому что внешние планеты-гиганты гораздо более труднодоступны.
Дело в том, что Земля «сидит» в середине гравитационной ямы, из которой спутникам и ракетам трудно выбраться. Солнце тоже окружено гравитационной ямой, ещё более глубокой и обширной. Чем дальше от Земли располагается внешняя планета, тем выше по «склону» гравитационной солнечной ямы приходится забираться аппарату-исследователю.
Изучение внешних планет-гигантов сулило самые невероятные открытия, ведь каждая из них обладала системой спутников, а широкие и плоские кольца Сатурна сотни лет волновали умы астрономов как самые загадочные объекты Солнечной системы.
Для отправки робота-исследователя на самые окраины Солнечной системы нужна была очень мощная ракета-носитель. Понимая, что много денег на разработку новой ракеты не дадут, астрономы пошли на хитрость: они решили заставить могущественных небесных гигантов, названных в честь античных богов Юпитером, Сатурном, Ураном и Нептуном, «сыграть в футбол». В качестве «мяча» должен был выступить космический аппарат весом в восемьсот килограммов. Вбросить «мяч» на космическое футбольное поле учёные предполагали с помощью ракеты среднего класса.
В 1977 году планеты располагались очень благоприятно с точки зрения точной астродинамики. Поэтому астрофизики смогли рассчитать такую траекторию «мяча», чтобы Юпитер «пнул» подлетающий к нему космический аппарат весом почти в тонну и направил его к Сатурну. Сатурн должен был «отфутболить» аппарат к Урану, а тот — «отпасовать» его к Нептуну.
— Как это? — заинтересовалась Галатея.
— Встреча аппарата-мяча с очередной планетой-гигантом не только добавляла ему скорости, но и изменяла направление полёта в нужную сторону. Практически не затрачивая топлива, аппарат мог посетить четыре планеты. «Футбольная игра» космических гигантов должна была сократить время полёта до Нептуна с тридцати лет до двенадцати.
Конечно, точно рассчитать такую сложную траекторию с помощью небесно-механических уравнений Ньютона исключительно трудно. Здесь нужны современные компьютеры, ведь малейшая ошибка могла привести к отклонению от оптимального маршрута и запасов топлива маневровых двигателей было бы недостаточно для исправления траектории.
На основе идеи «космического футбола» небесные механики разработали проект запуска двух одинаковых космических аппаратов. Один из них — для исследования Юпитера, Сатурна и Плутона, другой — сразу четырёх планет: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.
Проект оценивался в семьсот пятьдесят миллионов долларов. Денег дали, но… в три раза меньше. Урезанный проект ограничивался лишь двумя самыми близкими планетами-гигантами: каждый из аппаратов должен был исследовать только Юпитер и Сатурн. Но туда уже летали межпланетные «Пионеры», а около Урана и Нептуна ещё ни один посланец с Земли не пролетал. Тогда учёные и инженеры пошли на очередную хитрость: фактически устроили межпланетный заговор! Они стали готовить аппараты, которые назвали «Вояджер», что значит «Путешественник», к разрешённому полёту к Юпитеру и Сатурну. «Вояджеры» должны были гарантированно работать в течение четырёх лет с момента старта. Хитрость заключалась в том, что делали их из таких деталей и устройств, которые могли прослужить дольше, чем четыре года, хотя и без гарантии. Запуск запланировали на время, оптимальное для полёта ко всем четырём планетам.
«Вояджер-2» стартовал 20 августа, а «Вояджер-1» — 5 сентября 1977 года. Аппарат, стартовавший вторым, получил первый номер, потому что он добрался до Юпитера раньше брата-близнеца — 5 марта 1979 года. «Вояджер-2» долетел до самой массивной планеты Солнечной системы только 9 июля. «Вояджер-1» первым побывал и у Сатурна — 12 ноября 1980 года, после чего сильно отклонился от эклиптики (плоскости вращения планет) и устремился в межзвёздное пространство. Второй аппарат долетел до окольцованной планеты лишь в августе 1981 года.
Возле Юпитера и Сатурна планетологи увидели поразительные по красоте и разнообразию картины, которые разрешили множество старых загадок, но задали ещё больше новых.
У самой крупной планеты Солнечной системы — оранжевого Юпитера — атмосфера неспокойная, в ней бушуют могучие ураганы. Пятна самых крупных и долгоживущих юпитерианских ураганов можно рассмотреть даже с Земли. Под толстой водородно-аммиачно-метановой атмосферой кипит океан из жидкого водорода. Вокруг планеты-гиганта кружится прозрачное кольцо из каменной пыли и вращаются десятки крупных и мелких спутников, включая четыре огромных, открытых ещё Галилеем: Ио, Европа, Ганимед и Каллисто. Их можно увидеть даже в самый маленький телескоп. Спутник Ио оказался богат мощными серными вулканами и чёрными озёрами расплавленной серы. А спутник Европа покрыт потрескавшимся льдом, под которым «спит» океан обычной воды. Учёных очень волнует вопрос — есть ли там подводная жизнь?
Широкие кольца желтоватого Сатурна оказались расслоёнными на тысячи более узких колечек. Некоторые из них имеют форму круга, другие — эллипса, а края третьих похожи на зубья пилы. У спутника Энцелада ледяная кора на поверхности водяного океана такая тонкая, что из-под неё бьют фонтаны воды и пара. У Титана, самого крупного спутника Сатурна, более плотная, чем у Земли, оранжеватая атмосфера, в которой плавают метановые облака. Часть поверхности Титана покрыта холодным морем из углеводородов.
— Я видел фотографию песчаных дюн на Титане — значит, там дует сильный ветер! — воскликнул Андрей.
— Да, — ответила Дзинтара, — только дюны там не из кремниевого песка, как на Земле, а из мириадов крошечных льдинок. Интересно, что Титан — единственное, кроме Земли, тело в Солнечной системе, где человек может находиться без скафандра.
— Но там же очень холодно и нечем дышать! — удивился Андрей.
— Конечно, на Титане тёплый комбинезон с электроподогревом совершенно необходим, как и кислородная маска. Но герметичный скафандр не нужен: давление в две атмосферы человек легко переносит.
Итак, летом 1981 года космические аппараты-близнецы выполнили поставленную перед ними задачу — исследовали Сатурн и Юпитер. И тут хитрые учёные выступили с обращением к правительству: «Вояджер-2» находится в хорошем техническом состоянии и способен продолжать полёт. Он как раз движется в нужном направлении, достаточно лишь небольшой корректировки, чтобы он продолжил лететь к Урану и далее к Нептуну.
Хитрость удалась: исследователи получили деньги на продолжение эксперимента, и «Вояджер-2» устремился к Урану, с которым ему предстояло встретиться в начале 1986 года.
— А зачем деньги, если аппарат уже запущен? — поинтересовалась Галатея.
— С летящим аппаратом нужно всё время связываться с помощью крупных радиопередатчиков, получать и сохранять на компьютерах информацию, обрабатывать её, а также усовершенствовать программы, которые работают в электронном мозге межпланетной станции.
После выполнения главной задачи «Вояджер-2» был исправен, но на его долю выпало немало испытаний. Космический робот, назовём его так, — это не просто летающий автоматический фотоаппарат, у него есть своеобразный интеллект и разные «соображения» на многие случаи жизни.
Первая неприятность с «Воядже-ром-2» произошла из-за его самостоятельной реакции на человеческую забывчивость. Это случилось, когда аппарат находился ещё в поясе астероидов. Оператор, отвечавший за радиоконтакт со станцией, однажды не вышел на связь.
— Заснул?! — возмутился Андрей.
— Бортовой компьютер, не получив сигнала с Земли, решил, что основной приёмник сломался, и автоматически переключился на запасной. Попытки заставить робот снова пользоваться главным приёмником не увенчались успехом. Диапазон радиоволн, в которых возможна связь с аппаратом, сузился в тысячу раз и стал «плавать» — меняться, например, в зависимости от температуры и скорости перемещения станции. Для устойчивой связи пришлось точнейшим образом рассчитывать все факторы, смещающие частоту радиоволн.
Потом на «Вояджере-2» заклинило силовой привод, поворачивающий платформу с приборами. Тогда срочно были разработаны методы наблюдения с помощью разворота всего аппарата. Кроме того, из-за долгого полёта мощность бортовой ядерной электростанции, работающей на оксиде плутония, упала, и количество одновременно включённых научных приборов было строго дозировано.
За шесть дней до долгожданного пролёта возле Урана — планеты, где ещё не побывал ни один земной аппарат, — случилось совсем уж непредвиденное: изображения, получаемые с борта «Вояджера-2», исказили сильные помехи. Оказалось, что из-за удара космической частицы в памяти компьютера аппарата появился неправильно работающий участок. Американские астрофизики и инженеры всего за двое суток сумели найти ошибочный элемент памяти и написать программу, обходившую его. Учёные не только справились с неполадками робота, но и оптимизировали его компьютерные и исследовательские программы. Работоспособность аппарата, летящего за многие сотни миллионов километров от Земли, фактически улучшилась за время полёта. Когда «Вояджер-2» вплотную приблизился к Урану, волнение исследователей достигло предела. До сих пор голубой Уран оставался загадкой для астрономов. Во-первых, в отличие от других планет, он лежит на боку, и кольца со спутниками вращаются вокруг него, как колесо обозрения. Во-вторых, за несколько лет до визита «Вояджера-2» Уран вызвал настоящий переполох в научном мире. И вот почему.
Десятого марта 1977 года Уран, медленно ползущий по небу, должен был загородить собой маленькую звёздочку в созвездии Весов. Астрономы решили наблюдать это событие не с Земли и не из космоса.
— А откуда же ещё можно наблюдать? — удивился Андрей.
— Из атмосферы. У американских астрономов была летающая обсерватория: огромный самолёт, оборудованный телескопом с почти метровым зеркалом. Исследователи поднялись на максимально возможную высоту, где воздух сильно разрежён и почти не мешает наблюдениям, и приготовились увидеть затмение звезды Ураном. Они надеялись получить какую-нибудь информацию об атмосфере далёкой планеты. Но неожиданно приборы зафиксировали несколько коротких затмений звезды ещё до захода её за планету, а потом такое же количество миганий — после выхода из-за Урана.
Вывод был однозначный: Уран окружён девятью кольцами, тонкими, как струны, и очень не похожими на широкие кольца Сатурна. Теоретики стали ломать голову: как возникли узенькие колечки и что удерживает их от расплывания?