Разведчики внешних планет. Путешествие «Пионеров» и «Вояджеров» от Земли до Нептуна и далее - Игорь Лисов

По оценке руководителей полета, оглашенной после визита в систему Сатурна, вероятность сохранения работоспособности станции до пролета Урана в январе 1986 г. составляла 65 %, а до встречи с Нептуном в августе 1989 г. – не более 40 %. Вряд ли они поверили бы летом 1981-го, после четырех лет космического путешествия, что пройдет еще 40 лет, а оба «Вояджера» все еще будут работать на благо науки!

29 сентября 1981 г. аппарат успешно выполнил коррекцию TCM-B10, целью которой было скомпенсировать полученное у Сатурна отклонение от расчетной траектории и направить ее в точку прицеливания у Урана. Выбор траектории пролета предопределял условия гравитационного маневра для дальнейшего полета к Нептуну. Поскольку необходимое расстояние от центра Урана было близким к радиусу орбиты Миранды, оставалось лишь подобрать удобное время прибытия, чтобы заснять с близкой дистанции саму Миранду, а заодно и Ариэль. Все это было сделано в ходе длительного (на 5754 секунды) включения двигателей, обеспечившего приращение скорости около 15 м/с.

25 октября в память компьютера CCS была заложена новая версия аварийной программы BML-4, позволяющая аппарату провести съемку Урана и его спутников и доложить результаты на Землю в случае полного отказа командной радиолинии. Аппарат должен был активировать ее по факту отсутствия новых команд с Земли в течение четырех недель.

Взяв в тот же день Канопус за опорную звезду, аппарат направился к Урану. Путешествие к седьмой планете предстояло долгое – более четырех лет.

Уран, новая цель «Вояджера», был первой планетой, открытой в эпоху телескопов. Его обнаружил в 1781 г. британский астроном сэр Уильям Гершель, но за следующие 200 лет узнать о седьмом спутнике Солнца удалось немного. Зеленовато-голубая планета из группы газовых гигантов имела период обращения 84,014 года при среднем расстоянии от Солнца 19,18 а.е. (2870 млн км). Удивительным оказалось положение оси вращения Урана – она почти лежала в плоскости ее орбиты, будучи отклоненной на 98° от «вертикального» направления, и во время предстоящего сближения «Вояджера» с планетой должна была смотреть почти точно на Солнце. Период вращения не был достоверно установлен: кривая блеска давала 10 ч 50,4 мин, доплеровские измерения – что-то близкое к 24 часам, а самые последние наблюдения дали третий вариант – 16–17 часов. Для планирования пролета был принят период 15,57 часа.

Радиус Урана оценивался разными авторами в 25 400–26 200 км (4,0–4,1 земного). Благодаря наличию спутников масса была известна точнее – 14,54 земных. Средняя плотность получалась в диапазоне 1,19–1,27 г/см3, что заставляло предположить в составе планеты значительную долю аммиака и метана наряду с водородом и гелием. Водород и метан уверенно определялись спектроскопическими методами. В отличие от Юпитера, Сатурна и даже Нептуна, собственное излучение Урана было слабее, чем приток энергии от Солнца.

Уильям Хаббард и Джозеф МакФарлейн в 1980 г. предложили такую модель внутреннего строения Урана: железосиликатное ядро размером примерно с Землю, в котором сконцентрировано 24 % массы планеты, ледяная и жидкая мантия из воды, метана и аммиака глубиной около 10 500 км (65 % массы) и плотная атмосфера толщиной порядка 7600 км (11 %, преимущественно из молекулярного водорода и гелия).

О наличии магнитного поля и магнитосферы в 1981 г. еще ничего не было известно, но спутник IUE зафиксировал вокруг Урана свечение водорода, которое связывали с полярными сияниями.

Два самых далеких и крупных спутника Урана, Титания и Оберон, были замечены Гершелем в 1787 г. Две луны поменьше и поближе, Ариэль и Умбриэль, нашел Уильям Ласселл в 1851 г. Еще более миниатюрная Миранда обязана своим открытием в 1948 г. Джерарду Койперу. Всем им были даны имена героев пьес Шекспира[83].

10 марта 1977 г. Джеймс Эллиотт с коллегами вылетели из Перта на борту самолетной обсерватории имени Койпера, чтобы на высоте 12 300 м над Индийским океаном в 2000 км юго-западнее Австралии пронаблюдать с помощью ИК-телескопа покрытие Ураном звезды 9-й величины в созвездии Весов с обозначением SAO 158687. К удивлению ученых, на кривой блеска звезды было пять отчетливых провалов до начала покрытия и пять симметричных им – после. Это могло означать только одно: Уран имеет кольца, как и Сатурн, но узкие и очень темные – настолько, что с Земли они не видны. Внешнее, самое заметное кольцо, имело в ширину 50–60 км, а внутренние и того уже – вплоть до 0,5 км. На фоне великолепного «ожерелья» Сатурна они выглядели очень бледно… если, конечно, так можно говорить об объектах, которые удалось впервые увидеть лишь семью годами позже.

Кольца занумеровали греческими буквами от α до ε, но позднее углубленная обработка данных выявила шестое кольцо между вторым и третьим. Переименовывать их не стали, и кольцо η «незаконно» прописалось между β и γ. Другая группа астрономов при наблюдении нового покрытия 10 апреля 1978 г. увидела уже девять колец; три из них оказались круглыми, а остальные были слегка эксцентричны. Трем внутренним кольцам были даны числовые обозначения: 6, 5 и 4. Почему не буквенные, тем более что они предлагались? Потому что так они были занумерованы в первой публикации. Астрономы чтут права первооткрывателей…

Объем знаний о системе Урана ровно через 200 лет после открытия планеты был наглядно описан руководителем фотографической группы проекта «Вояджер» Брэдфордом Смитом. На пресс-конференции после пролета Сатурна он заявил, что теперь мы летим вслепую, не знаем даже, какие вопросы можно задать нашим камерам, не уверены в том, какие фильтры использовать. Правда, научный руководитель проекта Эдвард Стоун видел в этом не проблему, а возможность, считал, что определенно сможем увидеть новые явления, которые нереально наблюдать с Земли.

Научное сообщество проекта «Вояджер» надеялось, что на часть вопросов об Уране успеет ответить Космический телескоп имени Хаббла, запуск которого на шаттле ожидался в январе 1985 г. По первым наблюдениям орбитальной обсерватории предполагалось откорректировать программу работы в системе Урана. В действительности «Хаббл» не помог «Вояджеру» исследовать ни Уран, ни даже Нептун – из-за нереальности предложенного графика полетов шаттлов, а затем и катастрофы «Челленджера» он был выведен на орбиту лишь в апреле 1990 г. Поэтому существенные данные для подготовки программы изучения Урана удалось получить лишь наземными средствами.

Так, 23 июня 1982 г. были анонсированы данные наблюдений спутников планеты на ИК-телескопе IRTF на горе Мауна-Кеа на Гавайях, выполненных по гранту NASA. Проведя фотометрию и радиометрические измерения в ИК-диапазоне, Хэмилтон Браун, Дейл Круйкшенк и Дэвид Моррисон определили с погрешностью не более 5 %, что диаметр Оберона достигает 1690 км, при том что предыдущая оценка составляла лишь 900 км. Титания получилась немного меньше – 1590 км вместо 1000 км. Диаметр Ариэля исчислили в 1410 км, а Умбриэля – в 1160 км, чуть ли не вдвое увеличив предыдущие оценки. О сложности измерений с дистанции в почти 3 млрд км наглядно говорил такой факт: к моменту официальной публикации в Nature, последовавшей 2 декабря, авторы пересмотрели уже объявленные данные – почти «уравняли» в размерах Оберон и Титанию (1630 и 1600 км) и сделали «усушку» двум остальным спутникам до 1330 и 1110 км. Надежно определить размер Миранды не удалось вообще.