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

Детектор микрометеоритов отметил за две минуты по одному попаданию в каждый из каналов, но это был его приборный максимум – после фиксации удара прибор блокировался, чтобы дать выйти газу из поврежденной ячейки, и игнорировал все последующие события в течение 77 минут. Таким образом, в реальности ударов могло быть значительно больше. Всего же за четыре часа на 147 активных ячейках детектора было зафиксировано четыре столкновения: вот эти два в 900 км выше плоскости колец и еще два ниже ее. Таким образом, поток частиц был по крайней мере в 1000 раз плотнее, чем в межпланетной среде.

Лишь спустя несколько недель, после совместной обработки данных нескольких исследователей, стало ясно, что «Пионер-11» едва не столкнулся не с какой-то ничтожной пылинкой, а с неизвестным спутником Сатурна. В 16:18 земного времени, всего через 16 минут после победного «нырка» под плоскость колец, уже на расстоянии 2300 км от их плоскости, показания детектора энергичных частиц Джеймса Ван Аллена буквально «рухнули» на 12 секунд – одновременно отмечались возмущения магнитного поля. Вывод был такой: станция прошла через магнитосферный «след» спутника, обращающегося внутри орбиты Мимаса, на расстоянии 2,534 RS, или 152 000 км, от Сатурна, причем прошла лишь в 2500 км позади него.

Этот гипотетический объект получил обозначение 1979 S2 и неформальное название «Скала Пионера»; первоначально его диаметр оценили в 600 км, но вскоре стали говорить о более скромном теле 170 км в поперечнике. Было высказано (и впоследствии подтвердилось) предположение, что 1979 S1 и S2 – на самом деле один и тот же спутник, сделавший с момента съемки один оборот за 17 часов.

Сегодня это несложно проверить, промоделировав полет «Пионера» относительно 1979 S2 с использованием сетевого ресурса Horizons Лаборатории реактивного движения. Время провала на графике Ван Аллена и момент предельного сближения «Пионера» со спутником различаются всего на семь секунд, а минимальное расстояние определяется примерно в 7300 км. Специально так прицелиться было бы очень трудно!

К моменту прохождения перицентра аппарат находился на таком же расстоянии от планеты, что и внутреннее яркое кольцо C, но примерно на 9000 км ниже благодаря тому, что плоскость гиперболической траектории станции вокруг Сатурна была наклонена на 6,55° к его экватору. При движении под плоскостью колец было сделано несколько коротких, в одну строчку, сканов для выявления деталей их структуры.

1 сентября 1979 г. в 16:30:34 UTC по бортовому времени аппарат бесстрашно пронесся со скоростью 31,7 км/с на высоте около 20 600 км над вершинами облаков планеты, или в 80 930 км от ее центра[70]. Через 62 секунды он зашел за Сатурн и лишь в 17:50 вышел из радиотени после 78-минутного перерыва в связи. В 18:33 «Пионер-11» во второй раз пересек плоскость колец, на этот раз в северном направлении, в 176 200 км от центра Сатурна.

Особенности гравитационного поля Сатурна, выявленные при тщательном измерении параметров траектории «Пионера», подсказали, что твердое железосиликатное ядро планеты имеет радиус примерно 13 800 км при массе, равной 15–20 массам Земли. Над ним, как полагали теоретики, лежал слой жидкого металлического водорода толщиной 21 000 км, а еще выше – жидкая водородно-гелиевая толща.

Тепловой поток от Сатурна, по данным ИК-радиометра, оказался в 2,2 раза сильнее, чем мощность падающего солнечного излучения, то есть в еще большей степени, чем у Юпитера. Эффективная температура верхних слоев облаков была близка к 95 К – на 5° выше ожидаемой. Экваториальная зона оказалась немного холоднее, чем более высокоширотные. Глубину атмосферы специалисты оценили в 1000 км. Спектроскопически в ней были выделены только метан и аммиак. Судя по температуре, гелия было вполовину меньше, чем на Солнце.

Обнаруженное «Пионером» магнитное поле Сатурна оказалось почти соосным с самой планетой – отклонение не превышало 1°, тогда как у Солнца, Юпитера и Земли этот угол был между 10° и 20°, и классическая теория динамо такую странность не объясняла. Сила поля на уровне видимых облаков составляла 0,22 Гс (на Земле – 0,35 Гс), но из-за огромного размера планеты суммарный магнитный момент был в 500–700 раз больше, чем у земного магнитного поля. Проблема была в том, что ученые ожидали увидеть больше еще впятеро! Источник магнитного поля находился в глубинах планеты, и оно было относительно ровным.

Ионосфера Сатурна оказалась слабой с двумя максимумам на высотах 2200 и 2800 км – 7000 электронов на 1 см3 в первом и 9400 во втором.

Энергичные заряженные частицы образовывали несколько радиационных поясов правильной тороидальной конфигурации, простиравшихся до 20–22 RS. Их интенсивность оказалась близка к земной, а максимум лежал между 4,0 и 2,5 RS. Чуть ближе к планете, на отметке 2,29 RS, у края кольца A, концентрация заряженных частиц внезапно упала в 30 раз («ее как будто отсекло гильотиной»), зато наблюдалась слабая водородная корона. Очевидно, кольца работали как своеобразный «пылесос»: их ледяные «камешки» поглощали энергичные частицы, которые при этом выбивали атомы водорода из молекул воды. Эта уникальная противорадиационная защита позволила «Пионеру-11» получить за десять суток сближения с Сатурном такую же дозу облучения, как всего за две минуты (!) на минимальной дистанции от Юпитера. Отличная новость для команды «Вояджеров»: радиацию у Сатурна можно было вычеркнуть из списка угроз!

Плазма магнитосферы вращалась синхронно с планетой вплоть до 10 RS. В обычное время Титан должен был оставлять в магнитосфере след, причем не позади, а впереди себя: планета и ее магнитное поле вращались намного быстрее, чем спутник.

Аппарат не смог обнаружить два слабых кольца Сатурна – внутреннее D и внешнее E. Зато «Пионер-11» отснял три хорошо известных ярких кольца и нашел в 141 000 км от центра планеты и в 3600 км от внешнего края кольца A новое тонкое кольцо F шириной 800 км. Промежуток между A и F был назван делением Пионера, но имя не прижилось: сейчас он известен как деление Роша.

Характерный размер частиц в кольцах A и C был оценен в 10 см. Интересно, что при съемке «на просвет» под очень малым углом кольцо B оказалось темным и невидимым – это означало, что оно наиболее плотное и что свет теряется в многократных отражениях от составляющих его ледяных частиц. Зато ярко светилось деление Кассини – почти также интенсивно, как и внутреннее «креповое» кольцо C. Очевидно, в нем «проживало» множество мелких частиц, и будь станция направлена в деление Кассини, они бы ее буквально изрешетили.