Программа «Вояджер» — одна из самых сложных и плодотворных программ НАСА. Два зонда, «Вояджер-1» и «Вояджер-2», запущенные в 1977 году, выполнили «Большое путешествие» по внешней Солнечной системе (посетив Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун), покинули гелиосферу и продолжают исследования в межзвездном пространстве.
В ходе путешествия оба «Вояджера» добыли массу научных данных о самых отдалённых от Земли планетах, а особенно о их спутниках. Изучение спутников внешних планет привело к сенсационным открытиям, которые перевернули наше представление о Солнечной системе.
Инструменты «Вояджера»
Два зонда комплектовались идентичными научными приборами и экспериментами. Это обусловлено необходимостью проведения одинаковых наблюдений и желанием сэкономить средства, так как миссия в любом случае была очень затратной. Кроме того, второй зонд служил резервным для первого в случае неисправностей. На борту каждого было 10 научных инструментов, большинство из которых были направлены на исследование атмосферы и поверхности планет, например, две камеры, два спектрометра и фотополяриметрическая система (которая не работала на «Вояджере-1»).
Дополнительные приборы предназначены для изучения «космической погоды». Радиационный и заряженный состав частиц регистрировался в разных областях Солнечной системы с помощью плазменного спектрометра, системы низкоэнергетических заряженных частиц и системы космических лучей. Эти инструменты стали особенно важными после того, как два зонда покинули Гелиопаузу и вошли в межзвездное пространство (в 2012 и 2018 годах соответственно). В этом регионе научные эксперименты по сбору данных о космической погоде впервые позволили изучить характеристики пространства за пределами Солнечной системы.
Вулканические извержения на спутнике Ио
В 1979 году во время облета системы Юпитера «Вояджер-1» обнаружил, что Ио, первый спутник Юпитера, скрывается в тени газового гиганта. На спутнике наблюдалась чрезвычайная вулканическая активность, самая интенсивная во всей Солнечной системе. Камеры высокого разрешения показали мир относительно молодой поверхности с ямами странной формы, горами выше Эвереста и потоками вулканической лавы.
Сразу после близкого пролёта «Вояджера-1» инженер НАСА Линда Морабито заметила на снимках, переданных зондом, шлейф, похожий на дым, изходящий с поверхности Ио. Это открытие вызвало большой интерес у команды «Вояджера-1», и сразу же начались поиски новых доказательств. Анализ других фотографий Юпитера позволил обнаружить в общей сложности девять шлейфов, рассеивающихся в атмосфере Ио на высоте до 300 км, что окончательно доказывает вулканическую активность спутника. Еще одним подтверждением нового открытия стали данные, полученные в ходе исследования тонкой атмосферы и поверхности спутника, которые, как выяснилось, состоят в основном из серы и диоксида серы — химических соединений, связанных с вулканическими явлениями.
«Вояджер-2» спустя четыре месяца подтвердил наблюдения «Вояджера-1», совершив близкий пролет над Ио на большем расстоянии, чем первый зонд. Благодаря двум пролетам на небольшом расстоянии друг от друга удалось изучить эволюцию вулканической активности во времени. Поверхность Ио значительно изменилась за четыре месяца между двумя встречами. Во время второго пролета было отмечено, что только семь из девяти вулканов, обнаруженных первым зондом, все еще извергаются. Последующие исследования позволили предположить, что экстремальная геологическая активность Ио была вызвана приливным нагревом в результате трения, вызванного гравитационным напряжением Юпитера и других спутников.
Открытие приобрело ещё большую сенсационность после того, как учёные выяснили, что вулканическая активность на Ио влияет на всю систему Юпитера.
Продукты вулканической деятельности, например сера, кислород и натрий, поднимаются на километры силой извержений и остаются в подвешенном состоянии в верхних слоях атмосферы. Оттуда частицы разрываются в результате взаимодействия с интенсивным магнитным полем Юпитера. Затем они располагаются вокруг системы Юпитера в виде ряда поясов, что имеет важное значение для магнитных полей и плазмы, окружающих газового гиганта.
Титан: сердце миссии
Программа «Вояджер» ставила перед собой задачу изучить Титан — крупнейший спутник Сатурна. Значительная часть миссии была посвящена исследованию этого огромного каменистого тела. В связи с этим инженеры НАСА разработали траекторию «Вояджера-2», предусматривающую возможность модификации в случае если «Вояджер-1» не сможет пролететь над Титаном. Такой интерес обусловлен наличием атмосферы у этого спутника. Титан — единственный в Солнечной системе спутник с густой атмосферой, а снимки, полученные ранее зондом «Пионер-1», выявили сложный состав, требующий изучения.
Полет «Вояджера-1» прошел успешно, но изучение Титана оказалось неполным. Ни один прибор не смог проникнуть в плотные слои атмосферы для наблюдения за поверхностью, которая оставалась неизвестной. Тем не менее, были получены важные данные о составе атмосферы, состоящей в основном из азота, как и земная, с облаками метана и этана. Плотность, температура и давление атмосферы также были изучены во время пролета, а масса была оценена по ее влиянию на траекторию зонда.
«Вояджер-1», не наблюдавший непосредственно поверхность Титана из-за плотной атмосферы, предоставил данные, позволившие сформулировать гипотезы о возможном наличии углеводородных озер. Основываясь на этих предположениях, была задумана миссия «Кассини-Гюйгенс», отправившая в 2005 году посадочный аппарат на Титан. Миссия подтвердила гипотезы, сформулированные по данным «Вояджера-1», и признала Титан единственным небесным телом Солнечной системы (кроме Земли), способным постоянно поддерживать жидкие озера на поверхности.
Ледяные спутники: Европа и Тритон
Самые интересные спутники Солнечной системы, без сомнения, ледяные. Наличие водяного льда может стать важным ключом к поиску жизни за пределами Земли.
Во время длительного путешествия по Солнечной системе зонды «Вояджер» пролетели мимо двух замерзших тел: Европы и Тритона — спутников Юпитера и Нептуна соответственно.
Первые изображения Европы с низким разрешением появились в 1979 году после пролета «Вояджера-1». Ученые увидели корку водяного льда с сложной сетью линейных полос. Сначала предполагали, что это глубокие трещины, возникшие из-за разлома земной коры или тектонических процессов. Когда на Землю пришли снимки с более высоким разрешением, сделанные «Вояджером-2», ученые были удивлены отсутствием топографических особенностей, таких как горы или кратеры.
Новое открытие предположило, что под поверхностью кора на глубине нескольких километров находилась молодая и горячая планета, возможно, из-за тех же приливных явлений, что лежат в основе вулканической активности Ио. Наблюдения «Вояджера» за Европой дали значительные указания на наличие океана жидкой воды под ледяной корой. При подтверждении этой гипотезы Европа станет одним из лучших кандидатов для размещения внеземной жизни. В последующие годы это привело к созданию еще двух миссий для исследования спутников Юпитера: Galileo и Europa Clipper.
Путешествие к Урану и Нептуну
«Вояджер-1» после встречи с Титаном оказался в межзвездном пространстве, а «Вояджер-2» продолжил путь к окраинам Солнечной системы.
Первым посетил Уран, затем Нептун. На последнем теле были проведены самые важные наблюдения, особенно на его луне Тритон. По сей день «Вояджер-2» единственный зонд, побывавший в системе Нептуна, делая его открытия абсолютно уникальными.
Тритон стал одним из самых интересных спутников не только в системе Нептуна, но и во всей Солнечной системе. Это самое холодное тело, вращающееся вокруг Солнца, с температурой поверхности, измеренной «Вояджером-2», около -235 градусов Цельсия. Были обнаружены свидетельства исключительной геологической истории, а снимки камерой зонда показали наличие извержений гейзеров, поднявших замороженный азот и темную пыль на высоту до нескольких километров над полярной шапкой Тритона. Наблюдения опровергли любые предположения об атмосфере Тритона, которая оказалась очень тонкой (около 800 километров) и чрезвычайно разреженной, вопреки теоретическим представлениям.
Каковы достижения «Вояджеров» и чем могут порадовать нас в будущем?
Программа «Вояджер» стала одной из самых успешных в истории освоения космоса благодаря большому объёму полученных данных и разнообразию посещенных тел. Двойная миссия позволила получить информацию о известных небесных телах и открыть новые, существование которых неизвестно.
Изучая данные и фотографии, удалось идентифицировать множество спутников. Среди новых спутников, каталогизированных благодаря «Вояджеру», — Теба и Метис, вращающиеся вокруг Юпитера, а также Прометей, Пандора и Атлас вокруг Сатурна.
Два зонда «Вояджер» совершили огромный вклад в изучение Солнечной системы, но предстоит ещё многое открыть и понять. Важно отметить, что эти зонды НАСА позволили специалистам и учёным заложить основу для последующих миссий с конкретными задачами, направленными на ответы на вопросы, возникшие в ходе работы «Вояджеров». К примеру, миссия Cassini Huygens была задумывана как ответ на тайну поверхности Титана. Миссии Galileo и Europa Clipper созданы для проверки наличия жидкого океана под поверхностью Европы.
Много лет спустя после запуска «Вояджер» продолжает удивлять новыми открытиями, сделанными при обработке собранных данных. Этот инженерный шедевр по-прежнему вдохновляет будущие экспедиции к звездам.