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

Пока шли эти дискуссии, 17 февраля 1998 г. «Вояджер-1» сравнялся с «Пионером-10» по расстоянию от Солнца – 69,5 а.е., или 10,4 млрд км. С тех пор он является самым далеким искусственным объектом и по крайней мере еще несколько десятилетий будет им оставаться. Другой земной зонд, который мог бы его обойти, еще просто не запущен!

Комментируя это событие, Эд Стоун заявил, что до ударной волны остается от трех до пяти лет полета, а в течение десяти лет или около того удастся приблизиться к гелиопаузе. Практически то же самое он повторил и 18 декабря 2000 г.: «Вояджер-1» должен пройти через ударную волну до конца 2003 г. Основой для этого прогноза стали расчеты времени между солнечными вспышками и «эхом» радиоизлучения, а также разница в количестве космических лучей определенного типа, достигающих обоих КА.

Предсказание также было привязано к активности Солнца, потому что научный руководитель проекта сообщил: «Если не встретим [ударную волну] в течение трех следующих лет, мы можем не догнать ее и еще несколько лет после того. С другой стороны, было бы замечательно, если бы мы проскочили за нее, а потом она бы обогнала нас, чтобы мы смогли посмотреть на нее повторно»[108].

В преддверии встречи с гелиопаузой разрабатывались новые дополнительные программы регистрации параметров среды для каждого аппарата. Две из них, AHELIO и BHELIO, были рассчитаны на еженедельную запись 18 кадров GS-4B с данными о плазменных волнах, в среднем по одному кадру раз в 9,5 часов. Первый эксперимент с записью 35 кадров на «Вояджере-1» провели с 6 по 20 июня 2000 г., второй – с 21 ноября по 5 декабря, третий – с 13 по 27 февраля 2001 г., четвертый – с 8 по 22 мая, пятый – с 18 сентября по 2 октября.

Вторая пара дополнительных программ, AHELI1 и BHELI1, предназначалась для записи только одного дополнительного кадра в неделю сверх стандартного. Их протестировали на «Вояджере-2» с 14 по 24 мая 2001 г. и с 14 июля до 26 января 2002 г.

12 ноября 2001 г. программу AHELI1 запустили в постоянную работу на «Вояджере-1» и с 16 ноября стали записывать по два формата GS-4B в неделю вместо одного. А вот ее аналог на «Вояджере-2» применялся лишь два месяца, с 7 марта по 17 мая 2002 г. Дело в том, что в мае 2001 г. наметилась деградация широкополосного приемника плазменных волн в составе аппаратуры PWS, а 30 июня 2002 г. он «ушел в отказ» и в августе 2003 г. был признан утраченным. Неисправность во многом обессмыслила высокоскоростную запись показаний. Она, правда, проводилась еще пять лет, но в обычном еженедельном режиме.

Летом 2002 г. начались события, которые предсказали несколькими годами раньше Стоун и Каммингс. В июне на отметке 85 а.е. на первом «Вояджере» поползли вверх показания того канала прибора CRS, который регистрировал в основном солнечные протоны с энергией порядка 0,5 МэВ. К концу июля они выросли пятикратно, к середине августа – десятикратно, а в конце октября скорость счета достигла 11 частиц в секунду и превысила фоновый уровень в 25 раз. Рост потока заряженных частиц низких энергий ожидался при прохождении через ударную волну в гелиослой, поскольку как раз на этом рубеже более энергичные частицы должны были замедляться, терять энергию и попадать в указанный канал во все больших количествах.

Высокие показатели наблюдались до февраля 2003 г., но к маю 2003 г. упали до фоновых значений. Если бы на «Вояджере-1» была исправна плазменная подсистема PLS, можно было бы напрямую измерить скорость солнечного ветра и разобраться в ситуации. Однако ключевой прибор не работал, а показания остальных можно было истолковать по-разному. В результате 6 ноября 2003 г. в Nature появились две статьи с противоположными выводами.

В первой Стаматиос Кримигис из Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса и его сотрудники и соавторы доказывали, что «Вояджер-1» прошел ударную волну 1 августа 2002 г. и совершал полет за нею в течение примерно 200 суток, после чего волна отступила, исполнив тем самым мечту Эдварда Стоуна. Безусловно, это было красивое объяснение аномальным показаниями LECP. Группа Кримигиса косвенным путем показала, что в указанный период скорость солнечного ветра действительно уменьшилась с 300 до 40 км/с. Авторы утверждали, что та же техника расчета применялась и в начале полета, когда прибор PLS еще работал, и результат в большинстве случаев отличался от «точных» значений не более чем на 20 %.

Во второй группа д-ра Фрэнка МакДональда из Мэрилендского университета ставила этот вывод под сомнение. Эти исследователи отметили значительный рост интенсивности ионов и электронов в данных CRS, включая галактические космические лучи, аномальные космические лучи и ионы низких энергий. Однако они интерпретировали измерения аномальных космических лучей таким образом, что ускорение частиц происходило на большем удалении от Солнца, чем текущее положение «Вояджера». «То, что мы видим, в точности соответствует тому, что ожидали увидеть, приближаясь к ударной волне, но мы еще не там», – заявил Ф. МакДональд.

Наконец, Леонард Бурлага из Центра космических полетов имени Годдарда NASA в статье в Geophysical Research Letters за 30 октября утверждал, что пересечения ударной волны не было. Его группа путем анализа магнитных измерений в конце 2002 г. пришла к выводу, что характеристики магнитного поля не отличаются принципиальным образом от прогнозируемых на основе многих лет предыдущих наблюдений. Временный рост силы магнитного поля «всего лишь» в 1,7 раза решено было не принимать во внимание.

Как раз в те дни, когда научный мир обсуждал эти публикации, на Солнце произошла серия из 17 мощных вспышек. В октябре и начале ноября 2003 г. наша звезда выбросила в пространство примерно 10 млрд т коронального материала со скоростями 1500–2000 км/с. В апреле 2004 г. вещество одного из выбросов, замедлившись до 600 км/с, накрыло «Вояджер-2», сделав ярко выраженный пик в показаниях канала 0,5 Мэ В. Приборы КА позволили определить состав пришедшего облака, температур частиц и величину магнитного поля.

26 июня 2004 г. под солнечный удар должен был попасть «Вояджер-1», но никаких явных признаков этого не наблюдалось. На самом деле аппарат «штормило» уже с февраля – показания в канале 0,5 МэВ «плясали», то поднимаясь до 20–30 единиц, то снижались вновь до 1–2. Самый мощный пик наблюдался в конце августа, когда прибор «видел» 40–50 частиц в секунду, в 100 раз выше фона. Одновременно регистрировались сильные флуктуации интенсивности ионов в диапазоне энергий от 40 кэВ до 50 МэВ на нуклон и электронов от 26 до 350 кэВ. Наученные горьким опытом, специалисты молчали, и не зря: к середине ноября «свистопляска» практически прекратилась.

5 ноября программа AHELI1 была остановлена, и «Вояджер-1» прекратил запись дополнительного высокоскоростного кадра GS-4B, оставив только основной. В соответствии с бортовой программой 14 декабря 2004 г. аппарат воспроизвел 26 ранее записанных форматов GS-4B на сдвоенные антенны DSS-14 и DSS-24.

15 декабря в двух сеансах общей продолжительностью около семи часов на LECP наблюдался существенно анизотропный всплеск интенсивности ионов и электронов, и одновременно 16-канальный спектроанализатор в составе PWS показал осцилляции электронной плазмы (волны Лэнгмюра). Впоследствии их интерпретировали как миграцию частиц вдоль силовой линии магнитного поля, почти параллельной фронту ударной волны. 16 декабря прием информации не планировался, а 17-го магнитометр показал увеличение индукции поля сразу в 2,5 раза. Это означало, что 16 декабря 2004 г. на расстоянии 94,1 а.е. от Солнца «Вояджер-1» наконец-то прошел ударную волну – прошел в период отсутствия связи, когда даже низкоскоростную телеметрию на 160 бит/с никто не принимал!