Вояджер» та «Піонер» - супутники, що залишили Сонячну систему - Нові технології, Сучасні
Залишити Сонячну систему і відлетіти до зірок дуже складно. Спочатку, витративши чимало палива, треба злетіти над Землею в космос. При цьому ваша швидкість щодо Землі може виявитися нульовою, але якщо ви злетіли вчасно і в потрібному напрямку, то щодо Сонця ви летітимете разом із Землею, з її орбітальною швидкістю щодо Сонця 30 км/с.
Вчасно увімкнувши додатковий двигун і збільшивши швидкість ще на 17 км/с щодо Землі, щодо Сонця ви отримаєте швидкість 30 + 17 = 47 км/с, яка називається третьою космічною. Вона достатньо, щоб безповоротно покинути Сонячну систему. Але паливо для ривка в 17 км/с доставляти на орбіту дорого, і жоден космічний апарат досі не розвивав третю космічну швидкість і покидав Сонячну систему в такий спосіб. Найшвидший апарат «Нові горизонти» полетів до Плутона, увімкнувши додатковий двигун на орбіті Землі, але розвинув швидкість лише 16,3 км/с.
Всі чотири апарати на початок 2015 року пішли від Сонця на кордон Сонячної системи. "Піонер-10" має швидкість 12 км/с щодо Сонця і знаходиться від нього на відстані близько 113 а. е. (астрономічних одиниць, середніх відстаней від Сонця до Землі), що становить приблизно 17 млрд км. "Піонер-11" - зі швидкістю 11,4 км/с на відстані 92 а.о., або 13,8 млрд км.«Вояджер-1» — зі швидкістю близько 17 км/с на відстані 130,3 а.о., або 19,5 млрд км (це найдальший від Землі та Сонця об'єкт, створений людьми).«Вояджер-2» - зі швидкістю 15 км/с на відстані 107 а. е„ або 16 млрд км. Але до зірок цим апаратам летіти ще дуже далеко: сусідня зірка Проксима Центавра знаходиться далі за апарат «Вояджер-1» у 2 000 разів. Іне забувайте, що зірки маленькі, а відстані між ними великі. Тому всі апарати, не запущені спеціально до конкретних зірок (а таких поки що немає), навряд чи взагалі колись пролетять поруч із зірками. Звичайно, за космічними мірками «зближеннями» можна вважати: проліт «Піонера-10» через 2 мільйони років у майбутньому на відстані кілька світлових років від зірки Альдебаран, «Вояджера-1» — через 40 тисяч років у майбутньому на відстані двох світлових років від зірки АС+79 3888 у сузір'ї Жирафа та «Вояджера-2» — через 40 тисяч років у майбутньому на відстані двох світлових років від зірки Росс 248.
Третя космічна швидкість - мінімальна швидкість, яку треба надати об'єкту біля Землі для того, щоб він залишив Сонячну систему. Рівна 17 км/с щодо Землі та 47 км/с щодо Сонця.
Сонячний вітер - потік енергійних протонів, електронів та інших частинок від Сонця в космічний простір.
Геліосфера — область простору біля Сонця, де сонячний вітер, рухаючись зі швидкістю близько 300 км/с, є найенергійнішою складовою космічного середовища.
Все, що ми знаємо про космос поза Сонячної системи, ми дізнаємося, аналізуючи випромінювання (світло) і гравітацію космічних об'єктів. При цьому доводиться робити багато припущень. Наприклад, масу чорної дірки ми визначаємо, припускаючи маси зірок, що кружляють навколо неї. Їхні маси припускаємо, вважаючи, що ці зірки схожі на Сонце.
«Піонери» та «Вояджери» — єдині поки що експерименти без жодних припущень, організовані нами на краю (а в майбутньому — і за межами) Сонячної системи. Прямий експеримент – це зовсім інша справа! Ми знаємо маси цих апаратів — ми їх виготовили, тому точно обчислюємо масу будь-якого об'єкта, який впливає на апарати. Вискажете: «Таких немає, апарати летять у міжпланетній та міжзоряній порожнечі». Але виявилося, що це не порожнеча: навіть порошинки, що стукають по апаратах, суттєво змінюють їхню траєкторію. В унікальних експериментах завжди багато містики, її повно і в історії «Піонерів» та «Вояджерів».
Яких успіхів досягли «Вояджер» та «Піонер» у дорозі на край Сонячної системи
Дорогою на край Сонячної системи «Піонер-10» досліджував астероїди і став першим апаратом, що пролетів біля Юпітера. І відразу спантеличив вчених: енергія, випромінювана Юпітером у космос, виявилася в 2,5 рази більшою за енергію, одержувану Юпітером від Сонця. А найбільші супутники Юпітера виявилися не з каменів, а переважно з льоду. Після 2003 року зв'язок із «Піонером-10» втрачено. Піонер-11 також досліджував Юпітер, а потім став першим космічним апаратом, що досліджував Сатурн. 1995 року зв'язок з «Піонером-11» втрачено.
Апарати «Вояджер » працюють досі і повідомляють вченим про стан космосу навколо них. Після 37 років польоту! Це також можна вважати містикою, оскільки ніхто не розраховував на таку тривалу роботу: довелося навіть перепрограмувати рахунок часу всередині бортових комп'ютерів «Вояджерів» — він не був розрахований на дати після 2007 року. Усередині апаратів енергію виробляють радіоізотопні генератори, які використовують ядерну реакцію розпаду плутонію-238 – як у атомних електростанціях. Цієї енергії має вистачити ще на десятки років.
По дорозі на край Сонячної системи «Вояджери» пролетіли повз Юпітер і Сатурн і отримали детальні знімки їхніх супутників.«Вояджер-2» пролетів, крім того, повз Уран і Нептун, ставши першим і єдиним поки апаратом, що відвідав ці планети. «Вояджери» підтвердили загадки, відкриті «Піонерами»: багато супутників Юпітера таСатурна виявилися не тільки крижаними, а й, мабуть, водоймища, що містять, під льодом.
Кордон Сонячної системи
Кордон Сонячної системи можна визначати по-різному. Гравітаційна межа проходить там, де тяжіння Сонця врівноважується тяжінням Галактики - на відстані приблизно 0,5 парсека, або 100000 а. від сонця. Але зміни починаються набагато ближче. Ми точно знаємо, що далі Нептуна немає великих планет, але є безліч карликових, а також комети та інші малі тіла Сонячної системи, які в основному складаються з льоду. Мабуть, з відривом від 1000 до 100000 а.е. від Сонця Сонячну систему з усіх боків оточує рій грудочок снігу, комет - так звана Хмара Оорта. Можливо, воно тягнеться до сусідніх зірок. І взагалі сніжинки, порошинки та гази, водень і гелій, ймовірно, є типовими складовими міжзоряного середовища. Це означає, що між зірками не порожньо!
Кордон ударної хвилі - гранична поверхня всередині геліосфери далеко від Сонця, де відбувається різке уповільнення сонячного вітру через його зіткнення з міжзоряним середовищем.
Геліопауза — межа, на якій сонячний вітер повністю гальмується галактичним зоряним вітром та іншими компонентами міжзоряного середовища.
Галактичний зірковий вітер (космічні промені) - аналогічні сонячному вітру потоки енергійних частинок (протонів, електронів та інших), що виникають у зірках і пронизують нашу Галактику.
Ще один кордон визначає сонячний вітер, потік енергійних частинок від Сонця: область, де панує, називається геліосферою. Такий вітер створюють і інші зірки, тому десь сонячний вітер має зустрічатися з об'єднаним вітром зірок Галактики, що налітає на Сонячну систему, галактичним.зірковим вітром, чи інакше космічними променями. У зіткненні з галактичним зоряним вітром сонячний гальмується та втрачає енергію. Куди вона подіється, не зовсім ясно. У цьому зіткненні вітрів повинні виникати загадкові явища, з якими останніми роками зустрічаються апарати «Вояджер».
«Вояджер» та «Піонер» - послання інопланетянам
Усі згадані апарати несуть послання для інопланетян. На борту "Піонерів" закріплені металеві пластини, на яких схематично зображені: сам апарат; у тому масштабі — чоловік і жінка; два атоми водню як міра часу та довжини; Сонце та планети (ще включаючи Плутон); траєкторія апарату із Землі повз Юпітер та своєрідна космічна карта, на якій показані напрямки із Землі, 14 пульсарів та центр Галактики. Пульсари, що швидко обертаються нейтронні зірки, в Галактиці досить рідкісні, а частота їхнього випромінювання є унікальною характеристикою, своєрідним «паспортом» кожного з них. Ця частота закодована на табличці "Піонерів". Отже, космічна карта з пульсарами однозначно покаже інопланетянам, де у Галактиці знаходиться Сонячна система. Понад те, згодом частота пульсара змінюється цілком закономірно, і, звіривши поточну частоту із зазначеної карті, інопланетяни зможуть визначити, скільки часу минуло з моменту запуску знайденого ними апарату «Піонер».
На борту апаратів «Вояджер» встановлено золоті платівки у футлярах. На платівках записані звуки Землі (вітер, грім, цвіркуни, птахи, поїзд, трактор тощо), вітання різними мовами (українською «Здрастуйте, вітаю вас»), музика (Бах, Чак Беррі, Моцарт, Луї Армстронг, Бетховен, Стравінський і фольклор) та 122 зображення (з математики, фізики, хімії, планет, анатомії людини,життя людей і т. д. - повний список можна знайти на сайті НАСА http://уоуаеег.ipl.nasa.gov/spacecraft/goldenrec.html. Додається пристрій для відтворення цих звуків та зображень. На футлярі пластинок — малюнок, у якому закодовано: два атоми водню для масштабу часу та довжини; та ж космічна карта з пульсарами та пояснення, як відтворити звуки та зображення.
Аномалія «Піонерів»
1997 року, за кілька місяців після зникнення сигналу «Піонера-11», один із учених, аналізуючи дані, схопився з крісла з криком: «Нас не пускають за межі Сонячної системи!». Він виявив гальмування апарату після перетину ним орбіти Юпітера. У «Піонера-10» і апаратів «Улісс» (Ulysses) і «Галілео» (Galileo), що долітали до Юпітера, знайшли таке ж гальмування. Тільки «Вояджери» гальмування не зазнавали, оскільки за найменшого відхилення від графіка польоту розганялися двигунами. Особливий ажіотаж навколо гальмування «Піонерів» піднявся, коли з'ясувалося, що воно дорівнює постійній Хаббла, помноженій на швидкість світла. Виходить, що апарати втрачають енергію (гальмуються) так само, як частинки випромінювання (фотони). І версія № 1: якщо фотони втрачають енергію через розширення Всесвіту, значить і «Піонери» з тієї ж причини. Інші пояснення: 2) вчені не врахували якесь цілком прозаїчне джерело втрат енергії (тоді, правда, збіг з постійною Хаббла суто випадкове) або 3) Всесвіт наповнений субстанцією, що забирає енергію при русі крізь неї як у «Піонерів», так і в фотонів.
За космічними мірками «гальмування «Піонерів» — дуже мала величина: 1/1 ТОВ ТОВ ТОВ м/с2. Щодобово апарат пролітає на 1,5 кілометра менше, ніж належний мільйон кілометрів! Щоб це пояснити, вчені 15 років намагалися врахувати решту втратенергії та речовини, всі сили, що діють на апарати. Але пошуки пояснення №2 провалилися. Щоправда, американський учений Слава Турищев виявив, що тепло розсіюється апаратами переважно у бік Сонця, тобто. в тінь, це і є безпосередньою причиною гальмування «Піонерів». Частина теплового випромінювання (фотон) має імпульс, отже, залишаючи об'єкт, випромінювання створює реактивну тягу у протилежному напрямку (на цьому засновані проекти анігіляційних фотонних двигунів для міжзоряних ракет). Але загадкою залишилося, ЩО саме змушує апарати так розсіювати тепло? І головне – апарати різної конструкції!
Аналізуючи, з чим взагалі в, здавалося б, порожньому космосі взаємодіють апарати, вчені виявили, що по них досить часто стукають космічні порошинки та крижинки. Прилади змогли визначати напрямок та силу цих ударів. Виявилося, що Сонячну систему пронизують дрібні тверді частинки двох сортів: одні летять довкола Сонця, інші — до Сонця з далеких міжзоряних. Саме другі гальмують космічні апарати. При ударі кінетична енергія порошинки стає внутрішньою, тобто теплом. Якщо порошинка зупинена апаратом (що логічно), весь її імпульс передається апарату. А її енергія розсіюється у бік її прильоту, тобто. у напрямку від Сонця. Апарати зареєстрували чимало ударів порівняно великими порошинками — близько 10 мікронів. І для пояснення гальмування «Піонерів» їм достатньо стукатись про такі порошинки в середньому кожні 10 км шляху. Саме таку густину пилу в міжзоряному космосі побачили сучасні інфрачервоні телескопи.
Взагалі зовнішні області Сонячної системи (за Сатурном) виявилися запилені, засніжені та загазовані набагато сильніше, ніж внутрішні. Біля Сонця порошинки, сніжинки та газ колисьзлиплися в планети, супутники та астероїди. Чимало речовини осіло і на Сонці. Але більшість порошин, крижин і атомів газів було вигнано Сонцем на периферію системи. До того ж, на периферію проникає міжзоряний пил, що народжується в оболонках інших зірок. Отже, за Нептуном і далі в міжзоряному та міжгалактичному просторі порошинок, крижинок та газу має бути ще більше. Цілком можливо, що міжзоряне середовище, що рівномірно заповнює Всесвіт, дійсно забирає енергію як у космічних апаратів, так і у фотонів. Основну роль при цьому відіграють великі (10 мікрон) порошинки та крижинки, а також молекули водню, які іншим чином себе не виявляють.