Дмитрий Брашнов - Удивительная астрономия

Как мы убедились, развитие астрономии и особенно астрофизики немыслимо без применения космической техники. Самые большие открытия последних лет сделаны с использованием телескопов и прочего оборудования, смонтированного на искусственных спутниках и межпланетных станциях. Впервые в мировой истории человек провел исследования другого космического тела с помощью летательных аппаратов в 1959 году, когда наша страна запустила к Луне три лунника – «Мечта» (или «Луна-1»), «Луна-2» и «Луна-3».

Дальнейший прогресс космической техники привел к появлению особых методов исследования небесных тел. Радиоастрономия основана на том, что улавливает собственные сигналы от космических источников. Однако ученые активно используют для изучения планет и астероидов искусственно порожденные радиоволны.

Одним из таких способов исследования является радиозатменный метод просвечивания атмосферы . Через атмосферу планеты или спутника пропускаются радиоволны. Атмосфера препятствует движению радиоволн, из-за чего вносит в искусственный сигнал различные помехи. Ученые сравнивают искаженный сигнал с исходным и делают выводы о строении и составе атмосферы.

Есть два приема просвечивания атмосферы. Первый носит название «спутник – Земля», второй называется «спутник – спутник». При изучении земной атмосферы часто используется второй прием, но вот при зондировании воздушных оболочек других планет применяется первый.

Как осуществляется зондирование? Автоматическая межпланетная станция прибывает к цели своего путешествия – какой-либо планете. Подчиняясь программе, записанной в его электронном «мозге», космический аппарат выходит на орбиту вокруг этой планеты, то есть становится ее искусственным спутником. Во время обращения вокруг планеты АМС регулярно шлет на Землю сигналы. При этом для земного наблюдателя станция то и дело заходит за планетный диск; происходит как бы «затмение» космического аппарата.

Каждый раз в момент захода аппарата за диск и в момент выхода из-за диска сигнал радиопередатчика проходит сквозь толщу планетной атмосферы. Земные приемники ловят этот сигнал и обнаруживают в нем помехи – различные шумы, которые несут ценную информацию о составе, строении чужой атмосферы и даже о стоящей там погоде. Ураганы, циклоны, грозы, постоянные ветра, влажность воздуха, облачность – все это можно выявить, измерить и проследить по результатам радиозатменного просвечивания.

Прием радиозондирования «спутник – спутник» несильно отличается от приема «спутник – Земля». Вся разница состоит в том, что на одном из спутников находится радиопередатчик (этот аппарат ведет зондирование), а на другом – радиоприемник. Данные со второго спутника поступают на Землю, в распоряжение астрономов.

Впервые в истории эксперимент по проведению радиозондирования атмосферы другой планеты – Марса – проводился американскими учеными с помощью космического аппарата «Маринер-4» в 1965 году. После обработки искажений радиосигнала ученые смогли измерить давление нижнего слоя марсианской атмосферы (в 200 раз ниже земного), его температуру (–90 °C), а также много других параметров. Последующие полеты станций «Маринер-6» и «Маринер-7» (в 1969 году) позволили измерить изменения температуры воздуха с высотой и оценить содержание углекислого газа.

Учеными нашей страны с 1971 года к Красной планете запускались аппараты серии «Марс», которые обследовали местную атмосферу в 13 областях. При этом «Марсы» измеряли перепады в давлении воздуха, связанные с колебаниями рельефа. Известно, что на дне впадин атмосферное давление выше, чем в горах. Станции серии «Марс» впервые составили карту высот Красной планеты.

В начале 1970-х годов отечественные и американские ученые приступили к радиозондированию атмосферы Венеры. В частности, нашими аппаратами «Венера-9» и «Венера-10» в 1975 году была зондирована воздушная оболочка планеты в 50 областях. В 1984 году спутники «Венера-14» и «Венера-15» обследовали уже 300 областей Венеры. При этом удалось обнаружить в венерианской атмосфере густой слой паров серной кислоты, находящийся на высоте около 40 км над поверхностью планеты. А на высотах от 55 до 65 км ученые открыли существование зоны вечных ураганных ветров. В каком-то смысле вся атмосфера Венеры охвачена непрекращающимся ураганом, и аппараты зафиксировали его наиболее активный слой, где скорость ветра достигает 100 м/с.

Вид Венеры с аппарата «Венера-13»

В 1974 году впервые проводилось затменное зондирование мощной газовой «шубы» Юпитера, этот эксперимент осуществлялся американскими аппаратами «Пионер-10» и «Пионер-11». Впоследствии ту же миссию выполнили «Вояджер-1», «Вояджер-2» (1979) и «Галилео» (1996). В 1976 году аппарат «Пионер-11» впервые прозондировал атмосферу Сатурна. А в 1980 году «Вояджер-1» совершил вираж, зайдя за диск Титана, и принес долгожданные сведения о необычайно густой атмосфере крупнейшего спутника Сатурна.

Атмосферы Урана и Нептуна впервые были прозондированы «Вояджером-2» в 1986 и 1988 годах соответственно. Эти измерения показали, что газовые оболочки планет-гигантов состоят преимущественно из водорода, который составляет более 80 % их состава.

Меркурий и большинство естественных планетных спутников не обладают плотной атмосферой, зато их окружает тончайший слой плазмы – сильно разреженного газа, который трудно изучать химическими способами, зато просто прозондировать методами радиозатменного просвечивания. Лунная плазма впервые была просвечена в 1973 и 1974 годах во время полетов к нашему спутнику станций «Луна-19» и «Луна-22». Оказалось, что Луну окружает слой газа с плотностью 600 частиц на 1 кубический сантиметр. В 1974 году подверглась изучению плазма Меркурия и Ио. Планету обследовал американский аппарат «Маринер-10», а спутник Юпитера – американская станция «Пионер-10». В числе прочего удалось установить, что благодаря вулканизму на Ио гораздо более плотная атмосфера, чем на Луне и Меркурии: ее толщина составляет 700 км, а плотность – 60 тысяч частиц на 1 кубический сантиметр.

Иначе проводится радиолокация планет и их спутников, когда поверхность облучается радиоволнами локатора. Радиолокация может быть наземной или космической. При наземной локации локатор находится на Земле и обращен к небесному телу. При космической локации радиоволны посылаются с антенны летательного аппарата (АМС).

Локатор посылает сигнал с передающей антенны, а затем принимает его отражение от поверхности планеты с помощью принимающей антенны. Путем такого сканирования изучается рельеф космического тела, свойства грунта, скорость и прочие особенности вращения планеты.