No Image

Спутник вояджер покинул солнечную систему

СОДЕРЖАНИЕ
593 просмотров
10 марта 2020

Космический аппарат Вояджер-1 официально стал первым объектом, сделанным человеком, который смог покинуть Солнечную систему.

Ученые НАСА подтвердили, что аппарат наконец-то вышел из газового пузыря Солнца и добрался до межзвездного пространства – холодной, темной области между Солнечными системами.

Вояджер-1 был запущен в 1977 году для изучения внешних планет, а затем он просто продолжал двигаться. Сейчас аппарат в 19 миллиардах километров от Солнца.

Это расстояние настолько огромное, что требуется 17 часов, прежде чем радиосигнал, отправленный с Вояджера-1, будет получен на Земле.

Согласно данным НАСА зонд пересек межзвездное пространство 25 августа 2012 года. Ученые знают это, так как плазма или ионизированный газ в межзвездном пространстве имеют более высокую плотность, чем солнечная плазма. Зонд проходил через плотную межзвездную плазму в течение примерно года.

Ученые ждали этого исторического момента почти 40 лет.

"С научной точки зрения это ключевое событие, а с исторической – это все равно, что впервые совершить кругосветное путешествие или оставить свой след на Луне. Это первый раз, когда мы начали изучать пространство между звездами", – рассказал профессор Эд Стоун (Ed Stone).

Хотя сейчас космический аппарат окружен газом, пылью и магнитными полями других звезд, он до сих пор ощущает на себе гравитационное притяжение Солнца, как и многие кометы, которые находятся еще дальше в космосе. Но как бы то ни было, он покинул то, что большинство людей определяют как Солнечная система.

Путь Вояджер-1

– Вояджер-1 был запущен с Земли 5 сентября 1977 года, а через перед этим, 20 августа 1977 года был запущен зонд "Вояджер-2".

– Их официальная миссия состояла в изучении планет Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, которая была выполнена еще в 1989 году. Затем они последовали в глубокий космос.

– Ученые ожидают, что Вояджер сможет проработать еще 10 лет, после чего его инструменты и трансмиттеры станут негодными.

– Вояджер-1 доберется до следующей звезды примерно через 40 000 лет, несмотря на то, что он движется со скоростью 45 метров в секунду.

– Он будет вращаться вокруг центра нашей Галактики со звездами еще миллиарды лет.

– Новая область, через которую сейчас пролетает Вояджер, создается крупными звездами, которые взорвались миллионы лет назад.

Вояджер-1: звук межзвездного пространства (видео)

Вояджер-1 отправил запись звуков, которые слышны в темноте космоса в 19 миллиардах километров от Солнца.

Вояджер-1 собирает различные данные в космосе, включая звуки. Его инструмент плазменной волны зафиксировал вибрации плотной межзвездной плазмы в октябре – ноябре 2012 и апреле – мае 2013 года.

График показывает частоту волн, то есть плотность плазмы. Цвета указывают на интенсивность волн, или то, насколько они "громкие". Красный цвет – это самые громкие волны, а синий – самые слабые.

Строение и границы Солнечной системы

Солнечная система, гелиосфера, Облако Оорта, Альфа Центавра

Солнце находится в пузыре горячего газа, называемого гелиосферой.

Солнечный ветер – поток заряженных частиц, которые идут от Солнца и движутся со сверхзвуковой скоростью.

Граница ударной волны – область, где частицы от Солнца начинают замедляться и сталкиваться с веществом из глубокого космоса.

Гелиосферная мантия – огромные турбулентные просторы, где солнечный ветер сжимается из-за давления межзвездного вещества.

Гелиопауза – граница между солнечным ветром и межзвездным ветром, где давление обоих одинаково.

«Во́яджер» (англ. voyager , от фр. voyageur — «путешественник») — название двух американских космических аппаратов, запущенных в 1977 году, а также проекта по исследованию дальних планет Солнечной системы с участием аппаратов данной серии.

Всего было создано и отправлено в космос два аппарата серии «Вояджер»: «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Аппараты были созданы в Лаборатории реактивного движения (англ. Jet Propulsion Laboratory — JPL) НАСА. Проект считается одним из самых успешных и результативных в истории межпланетных исследований — оба «Вояджера» впервые передали качественные снимки Юпитера и Сатурна, а «Вояджер-2» впервые достиг Урана и Нептуна. «Вояджеры» стали третьим и четвёртым космическими аппаратами, план полёта которых предусматривал вылет за пределы Солнечной системы (первыми двумя были «Пионер-10» и «Пионер-11»). Первым в истории аппаратом, достигшим границ Солнечной системы и вышедшим за её пределы, стал «Вояджер-1» [1] .

Аппараты серии «Вояджер» — это высокоавтономные роботы, оснащённые научными приборами для исследования внешних планет, а также собственными энергетическими установками, ракетными двигателями, компьютерами, системами радиосвязи и управления. Общая масса каждого аппарата — около 721 кг .

Содержание

Проект «Вояджер» [ править | править код ]

Проект «Вояджер» — один из самых выдающихся экспериментов, выполненных в космосе в последней четверти XX века. Расстояния до планет-гигантов слишком велики для наземных средств наблюдения, поэтому отправленные на Землю «Вояджерами» фотоснимки и данные измерений до сих пор имеют большую научную ценность. [ источник не указан 583 дня ]

Идея проекта впервые появилась в середине 1960-х, когда студент-интерн Гэри Флэндро [en] рассчитал возможность достижения внешних планет с использованием гравитационного манёвра около Юпитера. В 1966 году он опубликовал работу, в которой обратил внимание, что в конце 1970-х годов представляется удачная возможность для облёта сразу четырёх внешних планет Солнечной системы (Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна) одним космическим аппаратом, благодаря их редкому сближению на орбитах.

Читайте также:  Установка виндовс 10 на ссд диск

В 1969 году НАСА выдвинуло амбициозный проект под названием «Grand Tour (Большое путешествие)», предусматривавший отправку двух космических аппаратов по траектории Юпитер — Сатурн — Плутон и ещё двух по траектории Юпитер — Уран — Нептун. Однако агентство не получило достаточного финансирования для его подготовки. В результате проект был пересмотрен: из него были официально исключены Уран, Нептун и Плутон, а число запусков сокращено до двух космических аппаратов хорошо отработанного класса «Mariner». Рабочее название программы «Mariner Jupiter-Saturn» было заменено на «Вояджер» незадолго до запуска [2] .

Благодаря тому, что все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе Солнечной системы («парад планет»), было возможно использование гравитационных манёвров для облёта всех внешних планет, за исключением Плутона. Поэтому траектория полёта была рассчитана исходя из этой возможности, хотя официально изучение Урана и Нептуна не вошло в программу миссии (для гарантированного достижения этих планет потребовалось бы строительство более дорогих аппаратов с более высокими характеристиками по надёжности).

После того, как «Вояджер-1» успешно выполнил программу исследования Сатурна и его спутника Титана, было принято окончательное решение направить «Вояджер-2» к Урану и Нептуну. Для этого пришлось слегка изменить его траекторию, отказавшись от близкого пролёта около Титана.

Научное оснащение аппарата [ править | править код ]

  • Телевизионные камеры чёткостью 800 строк ; используются специальные видиконы с памятью. Считывание одного кадра требует 48 с .
  • широкоугольная (поле около 3°), фокусное расстояние 200 мм ;
  • узкоугольная (0,4°), фокусное расстояние 500 мм ;
  • Спектрометры:
    • Инфракрасный, диапазон от 4 до 50 мкм ;
    • Ультрафиолетовый, диапазон 50—170 нм;
    • Фотополяриметр;
    • Плазменный комплекс:
      • детектор плазмы;
      • детектор заряженных частиц низких энергий;
      • детектор космических лучей;
      • магнитометры высокой и низкой чувствительности;
      • приёмник плазменных волн.
      • Энергооснащение аппарата [ править | править код ]

        В отличие от космических аппаратов, исследующих внутренние планеты, «Вояджеры» не могли использовать солнечные батареи, так как по мере удаления аппаратов от Солнца поток солнечного излучения становится слишком мал — например, вблизи орбиты Нептуна он примерно в 900 раз меньше, чем на орбите Земли.

        Источником электроэнергии являются три радиоизотопных термоэлектрических генератора (РИТЭГа). Топливом в них служит плутоний-238 (в отличие от плутония-239, используемого в ядерном оружии); их мощность в момент старта космического аппарата составляла примерно 470 ватт при напряжении 30 вольт постоянного тока. Период полураспада плутония-238 составляет примерно 87,74 года , и генераторы, использующие его, теряют 0,78 % своей мощности в год. В 2006 году, спустя 29 лет после запуска, такие генераторы должны иметь мощность только 373 Вт , то есть около 79,5 % от исходной. Кроме того, биметаллическая термопара, которая преобразует тепло в электричество, также теряет эффективность, и реальная мощность будет ещё ниже. На 11 августа 2006 года мощность генераторов «Вояджера-1» и «Вояджера-2» снизилась до 290 и 291 Вт соответственно, то есть составила около 60 % от мощности на момент запуска. Эти показатели лучше, чем предполётные предсказания, основанные на консервативной теоретической модели деградации термопары. С падением мощности приходится сокращать энергопотребление космического аппарата, что ограничивает его функциональность.

        Технические проблемы «Вояджера-2» и их решение [ править | править код ]

        Полёт «Вояджера-2» продлился гораздо дольше, чем было запланировано. В связи с этим после пролёта Юпитера учёным, сопровождавшим миссию, пришлось решить огромное количество технических проблем. Заложенные изначально правильные подходы к конструированию аппаратов позволили это сделать. К наиболее значимым и успешно решённым проблемам можно отнести:

        • выход из строя автоматической подстройки частоты гетеродина. Без автоматической подстройки приёмник может принимать лишь сигналы в пределах собственной полосы пропускания, которая составляет менее 1/1000 нормального её значения. Даже доплеровские сдвиги от суточного вращения Земли превышают её в 30 раз . Оставался единственный выход из положения — каждый раз рассчитывать новое значение передаваемой частоты и подстраивать наземный передатчик так, чтобы после всех сдвигов сигнал как раз попадал в полосу пропускания приемника. Это и было сделано — компьютер теперь включён в контур передатчика [3] .
        • выход из строя одной из ячеек оперативной памяти бортовой ЭВМ — программу удалось переписать и загрузить так, что этот бит перестал влиять на неё;
        • на определённом участке полёта применявшаяся система кодирования управляющего сигнала уже переставала отвечать требованиям достаточной помехозащищённости из-за ухудшения отношения сигнал/шум. В бортовую ЭВМ была загружена новая программа, осуществлявшая кодирование гораздо более защищённым кодом (был применён двойной код Рида — Соломона).
        • при пролёте плоскости колец Сатурна бортовая поворотная платформа с телекамерами была заклинена, вероятно, частицей этих колец. Осторожные попытки поворота её несколько раз в противоположные стороны позволили, в конце концов, разблокировать платформу;
        • падение мощности питающих изотопных элементов потребовало составления сложных циклограмм работы бортового оборудования, часть которого начали время от времени отключать, чтобы предоставить другой части достаточно электроэнергии;
        • незапланированное вначале удаление аппаратов от Земли потребовало многократной модернизации наземного приёмо-передающего комплекса, чтобы принимать слабеющий сигнал.
        Читайте также:  Hp mini 110 3700er драйвера

        Послание внеземным цивилизациям [ править | править код ]

        К борту каждого «Вояджера» прикрепили круглую алюминиевую коробку, положив туда позолоченный видеодиск. На диске 115 слайдов, на которых собраны важнейшие научные данные, виды Земли, её континентов, различные ландшафты, сцены из жизни животных и человека, их анатомическое строение и биохимическая структура, включая молекулу ДНК.

        В двоичном коде сделаны необходимые разъяснения и указано местоположение Солнечной системы относительно 14 мощных пульсаров. В качестве «мерной линейки» указана сверхтонкая структура молекулы водорода ( 1420 МГц ).

        Кроме изображений, на диске записаны и звуки: шёпот матери и плач ребёнка, голоса птиц и зверей, шум ветра и дождя, грохот вулканов и землетрясений, шуршание песка и океанский прибой.

        Человеческая речь представлена на диске короткими приветствиями на 55 языках народов мира. По-русски сказано: «Здравствуйте, приветствую вас!». Особую главу послания составляют достижения мировой музыкальной культуры. На диске записаны произведения Баха, Моцарта, Бетховена, джазовые композиции Луи Армстронга, Чака Берри, народная музыка многих стран.

        На диске записано также обращение Картера, который в 1977 году был президентом США. Вольный перевод обращения звучит так:

        Этот аппарат создан в США, стране с населением 240 млн человек среди 4-миллиардного населения Земли. Человечество всё ещё разделено на отдельные нации и государства, но страны быстро идут к единой земной цивилизации.

        Мы направляем в космос это послание. Оно, вероятно, выживет в течение миллиарда лет нашего будущего, когда наша цивилизация изменится и полностью изменит лик Земли… Если какая-либо цивилизация перехватит «Вояджер» и сможет понять смысл этого диска — вот наше послание:

        Это — подарок от маленького далёкого мира: наши звуки, наша наука, наши изображения, наша музыка, наши мысли и чувства. Мы пытаемся выжить в наше время, чтобы жить и в вашем. Мы надеемся, настанет день, когда будут решены проблемы, перед которыми мы стоим сегодня, и мы присоединимся к галактической цивилизации. Эти записи представляют наши надежды, нашу решимость и нашу добрую волю в этой Вселенной, огромной и внушающей благоговение.

        В 2015 году НАСА приняло решение выложить в интернет все звуки с золотой пластинки для зондов «Вояджеров». Ознакомиться с ними может любой желающий на сайте НАСА [4] [5] .

        Аппараты покидают солнечную систему [ править | править код ]

        После встречи с Нептуном траектория «Вояджера-2» отклонилась к югу. Теперь его полёт проходит под углом 48° к эклиптике, в южной полусфере. «Вояджер-1» поднимается над эклиптикой (начальный угол 38°). Аппараты навсегда покидают пределы Солнечной системы.

        Технические возможности аппаратов таковы: энергии в радиоизотопных термоэлектрических батареях хватит для работы по минимальной программе примерно до 2025 года [6] . Проблемой может стать возможная потеря Солнца солнечным датчиком, так как с большого расстояния Солнце становится всё более тусклым. Тогда направленный радиолуч отклонится от Земли, и приём сигналов аппарата станет невозможным. Это может произойти около 2030 года.

        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 [7] . Информация, поступающая с «Вояджера-2», привела к новому открытию: хотя аппарат на тот момент ещё не достиг данной границы, но получаемые от него данные показали, что она асимметрична — её южная часть примерно на 10 а.е. ближе к Солнцу, чем северная (вероятное объяснение — влияние межзвёздного магнитного поля) [8] . «Вояджер-2» пересёк гелиосферную ударную волну 30 августа 2007 года на расстоянии 84,6 а.е. [9] [10] Ожидается, что аппараты пересекут гелиопаузу примерно через 10 лет после пересечения гелиосферной ударной волны [7] .

        Космический аппарат «Вояджер-2», запущенный 20 августа 1977 года, пересёк в августе 2007 года границу Солнечной системы (точнее, гелиосферы). 10 декабря 2007 года NASA сообщило о результатах анализа данных, присланных «Вояджером».

        На определённом расстоянии скорость солнечного ветра резко падает и перестаёт быть сверхзвуковой. Область (практически поверхность), в которой это происходит, называется границей ударной волны (англ. termination shock или termination shockwave ). Это и есть граница, которую пересекли «Вояджеры». Можно считать её границей внутренней гелиосферы. По некоторым определениям, гелиосфера здесь и кончается.

        «Вояджер-2» подтвердил, что гелиосфера — не идеальный шар, она сплющена: её южная граница находится ближе к Солнцу, чем северная. Кроме того, аппарат сделал ещё одно неожиданное наблюдение: торможение солнечного ветра за счёт противодействия межзвёздной среды должно было бы приводить к резкому повышению температуры и плотности плазмы ветра. Действительно, на границе ударной волны температура была выше, чем во внутренней гелиосфере, но всё равно разница в 10 раз меньше, чем ожидалось. Чем вызвано расхождение и куда уходит энергия, неизвестно.

        Читайте также:  Задачка картинка про туристов

        В ноябре 2017 года двигатели «Вояджера-1» были успешно запущены после 37 лет простоя. Это было сделано для корректировки ориентации с тем, чтобы антенна аппарата была направлена на Землю. [11]

        Учёные надеются, что связь с «Вояджерами» удастся поддерживать и после того, как они пересекут гелиопаузу, примерно до 2025 года.

        Память [ править | править код ]

        В честь программы названа «Область Вояджера» на Плутоне (название утверждено МАС 7 сентября 2017 года) [12] .

        В культуре [ править | править код ]

        Межпланетные станции «Вояджер» стали объектами ряда произведений изобразительного искусства и научной фантастики.

        • В кинофильме «Звёздный путь» 1979 года на основе вселенной одноимённого телесериала (англ. Star Trek ) земной звездолёт «USS Энтерпрайз», отправленный в конце XXIII века на встречу с посылающим сигналы внеземным объектом «Ви’Джер» (англ. V’Ger ), обнаруживает, что им оказался один из «Вояджеров» (№ 6, не запущенный в реальности), который был найден инопланетной цивилизацией машин, расценён ею как собрат по машинному разуму, улучшен и отправлен назад создателям [13] .
        • Зонд «Вояджер-2» был показан в научно-популярном сериале «Жизнь после людей» через миллион лет после исчезновения человечества, в полуразрушенном состоянии, на расстоянии 0,5 светового года от Солнечной системы.
        • Первая серия второго сезона сериала «Секретные материалы» начинается с короткого рассказа об аппаратах проекта «Вояджер».
        • Существует одноимённая песня у группы ГРОТ. [14]

        Американский космический аппарат «Вояджер-2» теперь уже официально покинул пределы Солнечной системы. Сделав тщательный анализ данных, ученые подтвердили, что, как и его предшественник «Вояджер-1», «Вояджер-2» в настоящее время оказался вне так называемой гелиопаузы, своеобразного «щита», состоящего из заряженных частиц и магнитного поля, созданных Солнцем, и движется в межзвездном пространстве прочь от Солнца.

        Американские астрономы опубликовали сразу пять научных статей в журнале Nature Astronomy, подтверждающие, что «Вояджер-2» покинул пределы Солнечной системы 5 ноября 2018 года,

        когда расстояние от него до Солнца составляло 119 астрономических единиц (расстояний от Земли до Солнца) или 17,8 млрд километров.

        Каждая из пяти статей детализирует результаты пяти научных приборов, остающихся работающими на борту зонда: датчик магнитного поля, два инструмента для регистрации высокоэнергетических частиц и два прибора для изучения космической плазмы. Все эти данные помогли построить полную картину области пространства, где заканчивается физическое влияние Солнца и начинается межзвездная среда.

        Гелиосфера, окружающая Солнечную систему, чем-то напоминает корабль, движущийся в межзвездной среде, она поджата в направлении собственного движения. И сама гелиосфера, и межзвездная среда заполнены плазмой – атомами, лишенными электронов. Правда, плазма внутри гелиосферы более горячая и рассеянная, плазма вне нее более холодная и плотная. В межзвездном пространстве также распространяются космические лучи из заряженных частиц, ускоренных до высоких энергий. Ранее результаты «Вояджера-1» показали, что гелиосфера защищает Землю от 70% этого губительного излучения.

        Когда «Вояджер-2» покинул Солнечную систему, два его прибора показали неожиданные результаты – количество «солнечных» заряженных частиц резко упало, а число межзвездных частиц, имеющих более высокие энергии, возросло.

        В этот момент и стало ясно, что аппарат действительно вышел в межзвездное пространство.

        «Вояджер-1» первым покинул пределы Солнечной системы в 2012 году, до этого ученые не знали, как далеко от Солнца находится эта граница. Оба аппарата покинули Солнечную систему, двигаясь в разных направлениях, и в разное время 11-летнего солнечного цикла, в течение которого наша звезда испытывает высокие и низкие периоды активности. Ученые подозревали, что гелиопауза, находящаяся на границе гелиосферы и межзвездного пространства, может двигаться в такт Солнечной активности подобно легкому, которое то сдувается, до набирает объем. С этим по-видимому и связано то, что оба аппарата пересекли границу на разных расстояниях от Солнца.

        Плазма

        В настоящее время оба зонда подтвердили, что летят в плазме, куда более холодной и плотной, чем ранее. В 2012 году «Вояджер-1» заметил, что сразу после пересечения границы несмотря на снижение этого параметра плотность плазмы была слегка выше предполагаемой, это указывало на то, что плазма в этой области чем-то сжимается. Аналогичный эффект заметили и приборы «Вояджера-2» — ученые пока не полностью понимают механизм этого явления.

        Утечка частиц

        Один из приборов второго «Вояджера» уловил небольшой поток заряженных частиц, прорывающихся сквозь гелиосферу из Солнечной системы в межзвездную среду. Первый зонд таких утечек не фиксировал, ученые связывают различия в том, что оба аппарата пересекают границу в разных направлениях, и место пролета второго «Вояджера» оказалось более «пористым».

        Магнитная аномалия

        Данные с «Вояджера-2» подтвердили неожиданные результаты, показанные его предшественником семь лет назад: линии магнитного поля за границей гелиопаузы параллельны силовым линиям внутри гелиосферы. Имея данные лишь с одного аппарата ученые не могли подтвердить, является ли эта особенность правилом для всей Солнечной системы, или линии совпали случайно. Теперь же данные с обоих зондов позволяют утверждать, что такое расположение линий магнитного поля закономерно для всей границы Солнечной системы.

        Комментировать
        593 просмотров
        Комментариев нет, будьте первым кто его оставит

        Это интересно
        Adblock
        detector