Алан Стерн - За новыми горизонтами. Первый полет к Плутону

Определение температуры атмосферы Плутона и его атмосферного давления было еще одной задачей «Новых горизонтов». Чтобы сделать эти измерения, на борту аппарата находился радиоспектрометр REX (сокращение от англ. Radio Experiment). Он был сконструирован для того, чтобы работать совершенно иначе по сравнению со своими более примитивными предшественниками на «Вояджерах». Те радиоспектрометры работали, посылая радиоволны Х-диапазона (волны длиной 4 см) через атмосферу планет, мимо которых пролетали АМС, по направлению от космического аппарата к Земле. Эти волны ловили расположенные на поверхности Земли антенны комплекса Сети дальней космической связи NASA. Измеряя то, как радиосигнал изменяется, проходя через атмосферу различных планет и их спутников на маршруте «Вояджеров», ученые могли определить температуру и давление их атмосфер. Поскольку атмосферное давление на Плутоне значительно ниже, такой метод не мог работать, поэтому REX решал эту проблему, проводя эксперимент наоборот: Сеть дальней космической связи должна была послать гораздо более мощный сигнал, чем это могла бы сделать какая-либо аппаратура на борту АМС. Его мощность радиоизлучения должна была составлять десятки киловатт. REX предстояло принять и записать сигналы с Земли, проходящие через атмосферу Плутона.

Чтобы измерить температуру и давление атмосферы планеты, REX сравнивает частоту радиоволн, проходящих через атмосферу, с эталонным стандартом. Отклонения, которые он измеряет, пропорциональны искривлению путей распространения этих радиоволн, которое вызвано прохождением через атмосферу, изучаемую прибором. В свою очередь, такие данные можно использовать, чтобы вычислить атмосферное давление и температуру. В дополнение к этому REX способен измерить температуру поверхности в поле своего зрения.

Последним из приборов «дистанционного зондирования» на «Новых горизонтах» — приборов, которые наблюдают Плутон и его спутники через оптические и радиотелескопы, — была камера дальней разведки LORRI (сокращение от англ. LOng Range Reconnaissance Imager). В сущности, она представляет собой телескоп с сильным увеличением, снабженный мегапиксельной камерой. В отличие от цветных и спектроскопических функциональных возможностей Ralph, камера LORRI делает только черно-белые фотографии. Но поскольку ее телескоп имеет гораздо большее увеличение, чем у Ralph, изображения, полученные LORRI, имеют значительно более высокое разрешение и демонстрируют намного больше подробностей. Высокое разрешение камеры LORRI также позволяет «Новым горизонтам» увидеть особенности Плутона и его спутников с гораздо большего расстояния, чем это делает Ralph. В результате, начав работу за десять недель до пролета, LORRI смогла увидеть гораздо больше деталей на поверхности Плутона, чем космический телескоп «Хаббл». Обладая такими возможностями, камера также позволила «Новым горизонтам» получить карту всей планеты — даже тех ее частей, которые не были видны непосредственно в день пролета. Не забывайте, что Плутон вращается медленно: на один оборот вокруг своей оси ему требуется 6,4 земных суток. Это означает, что по мере приближения «Новых горизонтов» к Плутону последний раз, когда АМС может видеть «дальнюю сторону» — ту, которая не будет повернута к аппарату при максимальном сближении, — это за 3,2 суток до пролета. «Новые горизонты» будут в миллионах километров от планеты, когда смогут бросить последний взгляд на ее другое полушарие, но с телескопом LORRI аппарат сможет сделать снимки этих территорий в высоком разрешении.

Следующие два прибора на борту «Новых горизонтов» — это так называемые детекторы плазмы. Термином «плазма» планетологи пользуются, когда говорят об электрически заряженных частицах. Это часть планетологии, которой занимаются такие исследователи, как Фрэн Бэгеналь и Ральф МакНатт. О ней очень трудно рассказать неспециалистам, поскольку эта область знаний затрагивает вещи, с которыми люди обычно не сталкиваются в повседневной жизни. На Плутоне заряженные частицы возникают, когда солнечный свет ионизирует газы в атмосфере планеты. В результате с помощью изучения этих частиц можно определить скорость, с которой атмосфера улетучивается, а также состав выделяющихся газов.

Как мы уже упоминали, на «Новых горизонтах» было два прибора для изучения заряженных частиц: измеритель параметров частиц солнечного ветра (Solar Wind Around Pluto, SWAP) и спектрометр энергетических частиц (Pluto Energetic Particle Spectrometer Science Investigation, PEPSSI). PEPSSI измеряет высокоэнергетические (мегаэлектронвольтные) заряженные частицы. Спектрометр может установить состав вещества, вылетающего из атмосферы Плутона, и делает это очень интересным способом. По мере того как эта атмосфера улетучивается в космос, спереди от планеты есть место, где улетучивающийся газ достигает равновесного давления с исходящим от Солнца солнечным ветром. Возникает нечто вроде ничейной территории, где два потока уравновешивают друг друга. Чем быстрее улетучивается атмосфера, тем дальше в космосе лежит точка равновесного давления с исходящим потоком солнечного ветра. Таким образом, если найти, на каком расстоянии от Плутона происходит такое явление, это позволит определить скорость, с которой газ улетучивается из атмосферы планеты. Это уже работа для SWAP.

И последний инструмент на «Новых горизонтах» — это детектор пыли (Student Dust Counter, SDC), который измеряет воздействие межпланетных пылевых частиц (крошечных метеороидов) на поверхность детекторов. Каждый раз, когда возникает воздействие на счетчик пыли, SDC создает небольшой скачок напряжения в приборе, что позволяет выяснить, насколько массивной была ударившая частица. Задача детектора — измерить концентрацию межпланетной пыли на гораздо большем расстоянии от Солнца, чем ранее это делал какой-либо другой детектор, отправленный в космос. До «Новых горизонтов» самый дальний детектор пыли работал на расстоянии, чуть меньшем орбиты Урана, то есть на полпути к Плутону. SDC проследит непрерывный след концентрации космической пыли по всей Солнечной системе, начиная от Земли и заканчивая пространством за Плутоном.

Также детектор пыли является первым в истории прибором, построенным студентами и взятым в межпланетную экспедицию. Получить на него одобрение было непросто, но Алан с самого начала работы имел непоколебимые убеждения относительно того, что студенты должны иметь возможности принять участие в проекте, поэтому он использовал идею об образовательной программе, чтобы убедить NASA добавить SDC к научному инструментарию «Новых горизонтов». Сегодня благодаря новаторской роли «Новых горизонтов» в работе с изготовленным студентами датчиком такие приборы участвуют в большинстве межпланетных экспедиций NASA. Теперь они считаются ценными инструментами для подготовки нового поколения межпланетных исследователей.