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

Спустя несколько лет удалось установить, что «Пионер-11» прошел через внешнюю зону неизвестного в тот момент кольца Юпитера – и не заметил его! Детектор MD на пути до планеты зафиксировал 53 пробоя в канале 0 и 29 в канале 1, всего лишь 2 и 3 события вблизи Юпитера и позднее – 2 и 2 у Сатурна. Тем не менее исследователи определили, что Юпитер работает как гигантский «пылесос», собирая частицы космической пыли из обширной зоны, прилегающей к его орбите. Их поток был в 170 раз выше, чем приходится на единицу поверхности Земли.

«Пионер-11» продолжил исследование сложной структуры магнитного поля и процессов в магнитосфере планеты. Измерения новым магнитометром показали, что магнитное поле Юпитера, ось которого наклонена на 11° и смещена на 7100 км от центра планеты, формируется не единственным кольцевым током «динамо-машины» в его недрах, как у Земли, а одним главным и несколькими второстепенными. Величина поля превысила земную на порядок – 4,2 Гс у вершин облаков на экваторе против 0,35 Гс на Земле. На полюсах все было еще серьезнее – 14,8 Гс у северного и 11,8 Гс у южного. Магнитный момент планеты оказался в 19 000 раз больше, чем у Земли.

На отлете аппарат проходил ударную волну трижды, как и на подлете. Условия в магнитосфере планеты во многом отличались от увиденных «Пионером-10», но стала в целом понятна ее структура. В центральной части радиусом до 20 RJ доминировало магнитное поле Юпитера. В средней, от 20 до 60 RJ, его существенно искажали захваченные заряженные частицы, формирующие токовый слой со своим собственным магнитным полем. Во внешней области как величина, так и направление магнитного поля вели себя весьма нерегулярно. У ученых сложилось впечатление, что магнитосфера Юпитера все время колышется и пульсирует, словно гигантская медуза, реагируя на переменное давление солнечного ветра и «перемешивание» большими спутниками, и в максимуме может иметь до 21 млн км в диаметре.

Радиационные пояса Юпитера аппарат пронзил быстро и получил меньшую дозу, чем «Пионер-10», причем при подлете она была значительно выше, чем при отлете. Максимум интенсивности протонов на высотной отметке 1,9 RJ был в десять раз ниже прогноза, но в то же время в 20 раз выше, чем у «десятого»: их число достигало 150 млн на 1 см2 в секунду. Первый аппарат прошел выше и выявил другой максимум – на высоте 3,4 RJ. Примерно посередине между этими отметками проходила орбита Амальтеи, которой и приписали роль «чистильщика». Было замечено, что Ио и другие большие спутники также «выметают» заряженные частицы со своего пути, снижая концентрацию протонов на два порядка.

Количество электронов с энергиями до 30 МэВ выросло незначительно. Ио смогла поглотить почти все электроны низких энергией между ею и Юпитером. Вообще же электронов вблизи планеты оказалось на порядок больше, чем нужно было для объяснения ее радиоизлучения. Ценность этого результата Джон Симпсон объяснил так: Юпитер – это «звезда бедного человека», массивное быстро вращающееся тело с сильным магнитным полем. Закономерности радиоизлучения этой планеты распространяются и на «нормальные» звезды, а также на пульсары, межзвездные газопылевые облака и прочие объекты и позволяют предметно судить и о них.

И все же операторы и ученые не зря опасались воздействия радиационных поясов. Пострадала система электропитания, хотя и меньше, чем на «Пионере-10». На борту сформировалось несколько десятков ложных команд, из-за которых ИК-радиометр не смог выполнить намеченную съемку северного полушария – ему пришлось срочно отправить блок из 108 команд, чтобы спасти хотя бы половину программы. Детектор астероидных и метеороидных частиц AMD, называемый также «Сизиф» (Sisyphus), был так поврежден радиацией, что сам стал генерировать ложные команды, из-за чего был окончательно выключен 16 августа 1975 г.

Хуже того, в ходе поиска источника ложных команд путем последовательного отключения всех подозреваемых прекратил выдавать какие-либо данные анализатор плазмы солнечного ветра – его выключили 12 апреля 1975 г. и к моменту повторного включения 16 апреля попросту «заморозили». Долгие попытки восстановления были безуспешны, пока 29 октября 1977 г. на борт не отправили команду включить высоковольтный источник, чтобы дать инструменту «тепловую встряску». И это сработало: 3 декабря прибор вновь начал формировать данные и откликаться на команды, то есть вернулся во вполне рабочее состояние.

Баллистический результат встречи с Юпитером полностью соответствовал плану. Планета сыграла земным зондом в гравитационный «футбол» и, если так можно выразиться, нанесла «удар в падении через себя». Аппарат изменил направление движения на 167°, а его скорость относительно Солнца увеличилась с 10,6 до 18,1 км/с. «Пионер-11» «подбросило» к северу от эклиптики, так что от Юпитера он пошел вверх и назад, наискосок через внутреннюю область Солнечной системы на другой ее край по огромной дуге длиной 2,4 млрд км. Наклонение новой гелиоцентрической орбиты было 15,32°, а перигелий – 3,718 а.е. – находился на треть ближе к Солнцу, чем Юпитер.

Так «Пионер-11» стал вторым американским аппаратом, использовавшим гравитационный маневр у одной планеты для достижения новой цели. И пока он неторопливо двигался к Сатурну, на старт к Юпитеру вышли два аппарата следующего поколения.

NASA намеревалось запросить средства на начало полномасштабных работ по программе «Большой тур» в 1971 ф.г., однако летом 1969 г. при «верстке» бюджетного запроса новая администрация Ричарда Никсона дала понять, что это преждевременно. В проект бюджета вообще не попала ни одна новая разработка в области космической науки. Финансирование «Большого тура» шло пока из бюджетного раздела «Обеспечивающие исследования и технологии».

7 марта 1970 г. президент Никсон опубликовал заявление о Национальной космической программе. Он подвел черту под эпохой чрезвычайных усилий, связанных с пилотируемой высадкой на Луну, и заявил, что впредь космическая программа будет одной из областей внутренней политики на равных правах с другими. Трудно было не увидеть в этих словах перспективы дальнейшего сокращения космического бюджета, но в то же самое время Никсон пообещал: исследование планет и Вселенной продолжится, «Большой тур» с целью исследования пяти внешних планет будет реализован, подготовка к этой программе начнется в 1972 г.

Воодушевленное такой поддержкой, NASA решило продублировать каждый из пусков и отправить первую пару аппаратов в 1977 г. по трассе Земля – Юпитер – Сатурн – Плутон, а вторую – со стартом в 1979 г. – через Юпитер к Урану и Нептуну.

20 октября агентство выпустило запрос к научному сообществу об участии в предпроектной проработке и составлении плана научных исследований в миссиях «Большого тура». На него откликнулось более 500 ученых, из которых к апрелю 1971 г. была сформирована команда из 108 исследователей, представляющих 36 научных учреждений США и еще десять из Британии, Германии, Дании, Канады, Франции и Швеции. В составе команды были выделены 13 научных групп по конкретным направлениям исследований – от съемки планет и спутников до изучения метеороидов.