Сергей Попов - Вселенная. Краткий путеводитель по пространству и времени: от Солнечной системы до самых далеких галактик и от Большого взрыва до будущего Вселенной

Астрономические наблюдения из космоса, как правило, очень дороги. Стоимость даже небольших аппаратов обычно превосходит $100 млн, а крупнейшие проекты обходятся в миллиарды долларов. Примером таких проектов являются так называемые великие обсерватории (Great Observatories) NASA, к которым относятся Hubble, Compton, Spitzer и Chandra – самые совершенные космические телескопы для четырех основных диапазонов (видимый, гамма-, ИК- и рентгеновский). Однако при тщательном подходе к выбору методов, наблюдательных программ, а также при качественной обработке данных (включая предоставление открытого доступа к архивам и жесткий конкурс на наблюдательное время) удается получать очень большой научный выход, что с лихвой оправдывает высокие затраты. Кроме того, в ходе создания таких проектов разрабатываются новые технологии, которые затем коммерциализируются (в том числе позволяя в дальнейшем создавать менее дорогие, но очень эффективные космические миссии).

Стоит отметить, что огромный вклад в астрономию внесли не только (а часто и не столько) очень большие космические обсерватории, но и небольшие и относительно недорогие проекты, такие как спутники серии Explorer, к которым относятся GALEX, Swift, Uhuru, WMAP, COBE, RXTE и NuSTAR, или такие проекты, как CoRoT и совсем небольшой (53 кг) канадский аппарат MOST (Microvariability and Oscillations of Stars, Микровариативность и колебания звезд).

Тела Солнечной системы выделяются среди других астрономических объектов возможностью их непосредственного изучения с помощью космических аппаратов. Это может быть дистанционное исследование с орбитальных или пролетных траекторий; использование стационарных посадочных модулей; применение самоходных аппаратов, перемещающихся по поверхности; наконец, возврат на Землю образцов космических тел. За 60 лет космической эры все эти способы были применены на практике.

Первой межпланетной станцией стала запущенная в январе 1959 г. «Луна-1». С того времени разными странами было реализовано огромное количество проектов межпланетных автоматических станций, поэтому здесь мы лишь кратко рассмотрим несколько отдельных примеров, охватывающих все основные типы исследований и все типы объектов Солнечной системы.

Самым простым типом исследования планет и других объектов Солнечной системы является их изучение с орбитальных или пролетных траекторий. Таким способом были изучены Луна (например, в 1959 г. «Луна-3» впервые получила изображения обратной стороны), все планеты и многие из их спутников, некоторые кометы и астероиды. Рекордсменом в своем роде является аппарат Voyager 2 («Вояджер-2»), запущенный в августе 1977 г.

С помощью космических аппаратов были исследованы все планеты Солнечной системы.

Первой целью Voyager 2 (и его «близнеца» Voyager 1) стал Юпитер, которого космический аппарат достиг в 1979 г., было получено множество высококачественных изображений планеты-гиганта и его спутников. Данные с обоих аппаратов Voyager привели к открытию вулканизма на спутнике Ио, кроме того, благодаря высокому качеству снимков было обнаружено несколько новых спутников и колец Юпитера. Помимо камер аппараты несли множество других инструментов для получения информации о магнитных полях планет, свойствах плазмы и космических лучей.

В 1981 г. Voyager 2 приблизился к Сатурну, где с помощью радиоаппаратуры провел исследование верхней атмосферы этой планеты, а также получил много качественных снимков колец и спутников. После гравитационного маневра аппарат был направлен к Урану.

В 1986 г. Voyager 2 стал первым пролетевшим вблизи Урана аппаратом, который подробно исследовал эту планету и систему ее колец, а также открыл более 10 новых спутников и изучил уже известные. Были получены важные результаты о необычной структуре магнитного поля Урана. До настоящего времени никакие другие аппараты не посещали Уран и его систему.

Межпланетные станции позволяют не только получать изображения в высоком качестве, но и проводить непосредственные измерения и эксперименты в окрестности и на поверхности тел Солнечной системы.

В 1989 г. Voyager 2 сблизился с Нептуном, это также было первым (и единственным на сегодняшний день) прохождением космического аппарата вблизи данной планеты. После этого траектория аппарата снова была существенно изменена, и он был направлен к границам гелиосферы. В настоящий момент часть аппаратуры Voyager 2 (как и Voyager 1) продолжает работать. Оба аппарата передают уникальную информацию с рекордного (более 115 а. е. в случае Voyager 2 и около 140 a.е. в случае Voyager 1) расстояния, удаляясь от Солнца примерно на 500 млн км (более 3 a.е.) в год.

Среди множества космических аппаратов, изучавших планеты с пролетных или орбитальных (т. е. с выходом на орбиту планеты) траекторий, стоит отметить межпланетную станцию New Horizons. Она стала первым космическим аппаратом, достигшим Плутона, с ее помощью удалось получить уникальные изображения этой карликовой планеты, а также ее спутников. Путешествие заняло почти 10 лет: запуск произошел в январе 2006 г., а аппарат пролетел на минимальном расстоянии от Плутона в июле 2015 г. По пути с помощью аппарата были получены изображения Юпитера и его спутников, а в дальнейшем New Horizons планируется использовать для изучения нескольких небольших объектов в поясе Койпера.

Самые далекие космические аппараты находятся на расстоянии более 100 a.е. от Солнца.

Может показаться странным, но, несмотря на относительную близость Меркурия к нам, изучать его сложнее, чем Юпитер. Поэтому к этой планете было не так много полетов, и не было ни одной посадки. На сегодняшний день наиболее детальные данные по этой планете получены с помощью спутника MESSENGER (Mercury Surface, Space Environment, Geochemistry, and Ranging – Поверхность, космическое окружение, геохимия и картография Меркурия), который был запущен в 2004 г. и вышел на орбиту искусственного спутника Меркурия в 2011 г. В 2015 г. программа была полностью завершена, в частности построены самые подробные карты Меркурия, и межпланетная станция была сведена с орбиты.

Наконец, упомянем межпланетную станцию Cassini, которая была запущена в 1997 г., а в 2004-м достигла своей цели – системы Сатурна. Станция несла спускаемый аппарат Huygens, который совершил посадку на спутник Сатурна Титан, обладающий плотной азотной атмосферой. В результате были получены уникальные данные об этом спутнике, позволившие даже заподозрить существование на нем экзотических форм жизни (см. раздел 16.1 «Жизнь в Солнечной системе»). Cassini в течение 13 лет успешно исследовал систему Сатурна, получив красивейшие изображения этой планеты и сделав ряд важных открытий. Например, были обнаружены криовулканы Энцелада – спутника Сатурна, – фонтанирующие водой подледного океана. 15 сентября 2017 г. аппарат Cassini был сведен с орбиты и вошел в атмосферу Сатурна.