«Новые горизонты» (New Horizons) – одна из, пожалуй, наиболее примечательных и необычных миссий НАСА за последние два десятилетия. Аппарат, запущенный в рамках миссии пятнадцать лет назад, стал единственным, которому удалось изучить один из самых труднодоступных объектов Солнечной системы – Плутон.
Притом «Горизонты» отправился в путь к планете, а, уже приблизившись к Плутону, оказался у небесного тела с совсем другим статусом – в 2006 году Международный астрономический союз исключил его из списка планет Солнечной системы.
Хотя аппарат был запущен пятнадцать лет назад, он продолжает свою работу, а его миссия продолжает пополняться новыми задачами. В этом месяце «Новые горизонты» достигнет отметки в 50 астрономических единиц от Земли (около 7,5 млрд километров), в честь чего его создатели опубликовали обновленный план работы космического аппарата.
Как человечество пыталось достичь Плутона? Что удалось узнать «Новым горизонтам» и как проходила подготовка к запуску? Где сейчас находятся «Горизонты»? И, наконец, какие дальнейшие планы у одного из самых отдаленных от Земли космических аппаратов?
Долгий путь к Плутону
Мы знаем покорение человеком Марса как историю многочисленных проб и дорогостоящих ошибок. В свою очередь, освоение человеком Луны – это в том числе рассказ о напряженной космической гонке. История же изучения Плутона повествует о покорении совершенно неизведанного мира, любая ошибка в котором могла стоить ученым десятилетий работы.
СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: Гонка на Марс: хроника полетов к Красной планетеПричина этому – удаленность Плутона. На момент написания этого материала (апрель 2021 года) Плутон находился на расстоянии 5,16 млрд километров от Земли. Для сравнения – самая удаленная дистанция между нашей планетой и Марсом едва превышает 400 млн километров. Для того, чтобы свет смог добраться с Плутона до земной поверхности, ему необходимо более 4 часов, а герою этой статьи – аппарату «Новые горизонты» – понадобилось бы более девяти лет.
К тому же, учитывая, что Плутон был открыт лишь в 1930 году, у человечества было не так много времени, чтобы вплотную заняться его изучением.
Впервые Плутон – как пункт назначения – был упомянут в амбициозной программе НАСА Grand Tour («Большое путешествие»). В ходе миссии планировалось отправить несколько зондов: достигнув Юпитера, два из них должны были отправиться в сторону Урана и Нептуна, тогда как два других – взять курс на Сатурн и Плутон. Однако дороговизна проекта побудила НАСА в 1970-х заменить его на проект «Вояджер».
Эта известная миссия включала в себя запуск двух зондов: «Вояджер-1» и «Вояджер-2», которые должны были изучить планеты-гиганты Солнечной системы. В предварительный маршрут «Вояджера» изначально входил Плутон, однако ученые отдали предпочтения Титану. Это крупнейший спутник Сатурна, условия на котором до сих пор интересуют ученых с точки зрения возможности существования жизни или потенциальной колонизации.
«Вояджер-1»
Правда, полет к Титану обернулся успехом лишь частично: аппарат смог изучить атмосферу спутника, но из-за густой дымки не смог передать снимков поверхности. Однако из-за маневра к Титану «Вояджер-1» потерял возможность вернуться на траекторию к Плутону.
В теории, если бы ученые выбрали Плутон вместо Титана, человечество возможно увидело бы снимки Плутона еще в 1980-х. Однако шанс достичь этой отдаленной планеты земляне получили лишь 30 лет спустя.
Но «Вояджер-1», как первый потенциальный гость Плутона, все же оставил свой след на его поверхности. В 2017 году Международный астрономический союз назвал один из регионов Плутона «Областью Вояджера».
«Вас ждет долгое холодное путешествие»
Вплоть до середины 2000-х человечество изучало Плутон лишь издали. В 1978 году американские астрономы открыли Харон, спутник Плутона, а уже спустя десятилетия телескоп «Хаббл» нашел его «соседей» – Никту, Кербера, Гидру и Стикс.
К началу XXI века ученые получили куда более детальное понимание самой дальней планеты (на тот момент) в Солнечной системе. Если бы «Вояджер» все же отправился к Плутону в 1970-х, это был бы полет в неизвестность: не было известно ни точное число спутников, ни наличие атмосферы, ни то, присутствуют ли на орбите Плутона опасные для полетов осколки небесных тел. Однако вопросов все еще оставалось больше, чем ответов, поэтому преемнику «Вояджера» предстояло стать первопроходцем перед лицом множества неизведанных рисков.
Этот снимок Плутона был сделан в 2015 году. До этого многое об этой карликовой планете оставалось неизвестным
После миссии «Вояджер» интерес к дальним рубежам Солнечной системы заметно ослаб; внимание НАСА оказалось приковано к другим космическим проектам (например, изучению Марса). С момента пролета «Вояджера-2» Нептун и Уран больше не принимали «гостей» с Земли, и подобная участь могла постичь и Плутон.
Однако в конце 1980-х несколько ученых (в числе которых – Алан Стерн, сыгравший ключевую роль в будущем запуске к Плутону) создали инициативную группу под названием Pluto Underground (названную по аналогии с группой ученых Mars Underground, выступавшей за возобновление полетов к Красной планете). Стерн и его коллеги задались целью не дать НАСА окончательно утратить интерес к Плутону. Надо сказать, им это удалось.
Первооткрыватель Плутона Клайд Томбо
В 1992 году к американскому астроному Клайду Томбо – именно он открыл Плутон в 1930 году – обратились из НАСА с просьбой дать разрешение на посещение открытой им планеты. Никаких прав на Плутон Томбо, конечно, не имел, однако аэрокосмическое агентство решило отдать дань уважению единственному человеку, кто открыл в новейшей истории планету Солнечной системы.
Согласно общеизвестной версии, Томбо ответил: «Добро пожаловать, однако вас ждет долгое холодное путешествие».
В это время НАСА всерьез рассматривало несколько проектов: в их числе запуск минималистичного аппарата Pluto 350 и дорогостоящий проект Mariner Mark II. Оба проекта были отклонены в пользу миссии Pluto Kuiper Express. По задумке его авторов, в планы миссии входило не только пролет мимо Плутона, но и движение дальше, в сторону объектов Пояса Койпера.
Поясом Койпера называют обширную зону Солнечной системы, расположенную за орбитой Нептуна, в которой располагается значительное количество малых небесных тел.
Запуск был запланирован на 2012 год, однако проект был отменен еще в 2000 по причине недостатка финансирования. И хотя аппарат Pluto Kuiper Express так и не был запущен, стремление НАСА и научного сообщества все же достичь далекого Плутона никуда не исчезло, что дало старт новому – на этот раз удачному – проекту.
«Новые горизонты»
Новый проект, руководителем которого был назначен вышеупомянутый Алан Стерн, представлял собой сложную задачу с большим количеством неизвестных. За короткий срок (работа над New Horizons началась в 2000 году, за шесть лет до запуска) ученым предстояло максимально подготовить аппарат к путешествию в плохо изученную часть Солнечной системы.
Так как «Новым горизонтам» предстояло попасть в часть космоса, куда попадает мало солнечного света, вместо солнечных батарей инженеры установили на него генератор, который использует тепловую энергию, получаемую при распаде радиоактивного плутония-238.
Подобное устройство (называемое РИТЭГ) было использовано ранее при создании «Вояджера-2». Иронично, но вещество плутоний в конечном итоге помогло осуществить полет к планете, в честь которой оно и получило свое название.
РИТЭГ - радиоизотопный термоэлектрический генератор
В январе 2006 года состоялся долгожданный запуск «Новых горизонтов». Аппарат был запущен с космодрома на мысе Канаверал при помощи ракеты «Атлас-5». Помимо множества измерительных приборов, на его борту оказалась целая коллекция символических предметов.
В их числе – часть суборбитального космического корабля SpaceShipOne (сам корабль можно увидеть в Национальном музее воздухоплавания и аэронавтики в Вашингтоне). На борту оказались также записанные 434 738 имени людей, участвовавших в акции «Отправь свое имя на Плутон» (Send Your Name to Pluto), два флага США, фотографии создателей аппарата, а также почтовая марка США «Плутон: еще не исследовано» (Pluto: Not Yet Explored).
Но, пожалуй, самым символичным среди грузов «Горизонтов» стала унция праха Клайда Томбо. Первооткрыватель Плутона умер в 1997 году, так и не дожив до момента, когда он смог бы увидеть фотографии своего открытия.
Дорога длиной в девять лет
Сразу после запуска аппарат «Новые горизонты» начал активно присматриваться к своему пункту назначения. В сентября 2006 год он сделал первый снимок Плутона и, хотя фото было сделано с чрезвычайно большой дистанции, оно доказало, что установленная на аппарате камера способна успешно отслеживать дальние объекты.
Первый снимок Плутона, сделанный «Новыми горизонтами»
В начале своего пути аппарат даже смог побить рекорд: на момент выключения двигателей он разогнался до 58 тысяч км/ч, что являлось самой высокой скоростью космического аппарата на тот момент. Высокая скорость была ему необходима: по подсчетам команды Алана Стерна, путь до Плутона должен был занять по меньшей мере девять лет.
Чтобы разогнаться еще больше, «Новые горизонты» в 2007 году совершил гравитационный маневр около Юпитера, после чего, получив необходимое ускорение, вышел на финишную прямую к Плутону.
Ио, спутник Юпитера. Снимок сделан «Новыми горизонтами»
Однако за эти восемь лет, что аппарат летел от Юпитера к Плутону, авторам «Новых горизонтов» было чем заняться. За это время команде Алана Стерна необходимо было максимально изучить все возможные риски, с которыми может столкнуться аппарат на таком далеком и неизведанном расстоянии. Сколько у Плутона спутников? Есть ли вокруг него кольца, как у Сатурна или Нептуна? Угрожают ли миссии осколки, частицы пыли и льда, которые могут уничтожить аппарат, летящий на такой огромной скорости?
Бросив все силы на изучение окрестностей Плутона, астрономы смогли найти спутники Стикс и Кербер. При этом предварительные расчеты показывали, что вероятность столкновения аппарата (хоть и защищенного крепкой кевларовой броней) с мелкими частицами вполне реально и может мгновенно свести на нет многолетнюю работу.
Чтобы в случае неудачи миссия не оказалась напрасной, Алан Стерн распорядился подготовить аварийную передачу данных о Плутоне. Эта идея могла показаться контринтуитивной: незадолго до максимального сближения с целью, когда появлялся шанс получить наиболее интересные данные о Плутоне, «Новые горизонты» должны были развернуть антенну передатчика в сторону Земли, чтобы передать хоть какие-то данные. Таким образом, аппарат терял несколько часов наблюдения за Плутоном, однако исключал риск, что земляне останутся совсем без каких-либо данных.
К счастью, аварийная передача аппарату не понадобилась, но незадолго до пункта назначения «Горизонты» заставили команду Стерна сильно понервничать. Всего за десять дней до сближения с Плутоном Земля потеряла связь с аппаратом.
Спустя час связь была восстановлена, однако все необходимые программы нужно было загрузить заново, чтобы аппарат смог приступить к изучению своей цели. На это у инженеров НАСА было всего несколько дней, после чего некоторые зоны Плутона навсегда будут потеряны из виду. Однако задача, на которую обычно тратятся многие недели, была решена и команда «Новых горизонтов» смогла увидеть на фотографиях свою главную цель.
Плутон
14 июля 2015 года «Новые горизонты» пролетел мимо Плутона. Путь занял у аппарата 9 лет, 5 месяцев и 27 дней (из них 1837 дней – в режиме гибернации), но такая дальняя дорога оказалась совершенно оправданной.
Алан Стерн празднует новость сближение «Горизонтов» с Плутоном, 14 июля 2015
«Горизонты» смогли приблизиться на расстояние всего в 12 500 км (это в 30 раз меньше расстояния между Луной и Землей) и устроить карликовой планете настоящую фотосессию. Аппарат запечатлил с различных сторон Плутон и его главный спутник Харон; благодаря снимкам была впервые составлена их карта и нанесены первые топографические названия. Среди них – равнина Спутника, названная в честь советского космического аппарата, и самый заметный элемент плутонианского рельефа – «сердце Плутона», официально названное в честь Клайда Томбо.
Этот снимок был сделан при подлете к Плутону. Здесь хорошо видно «сердце» - область Томбо
Аппарат смог увидеть неизведанные ранее детали поверхности, обнаружить массивные ледниковые щиты, кратеры и горы. Уже позже, благодаря данным с «Новых горизонтов», ученые пришли к выводу, что под равниной Спутника может скрываться целый океан полузамерзшей воды с большим содержанием аммиака и метанола.
Помимо Харона (который своим размером не многим уступает и самому Плутону) команда НАСА смогла впервые увидеть остальные спутники. В объектив попали Никта, Гидра, Кербер и самый маленький из спутников Плутона – Стикс, чьи размеры не превышают 16 км.
Спутники Плутона: Харон (вверху слева), далее по часовой стрелке Гидра, Кербер, Никта, Стикс
После девяти лет полета у «Новых горизонтов» было всего девять дней на изучение Плутона и его спутников вблизи. Триумфальный пролет мимо одного из самых дальних объектов Солнечной системы стал по-настоящему значимым событием не только для НАСА и команды Алана Стерна, но и для всего научного сообщества.
Жизнь после Плутона
Однако на этом миссия «Новые горизонты» не закончилась. Аппарат полетел дальше, в сторону Пояса Койпера и границы Солнечной системы, по дороге продолжая передавать данные о Плутоне и параллельно фотографируя другие транснептуновые объекты. Например, плутино Араун, один из ближайших соседей Плутона, транснептуновый объект под названием Квавар (один из крупнейших объектов Пояса Койпера), а также различные звезды и галактики.
На их фоне заметно выделяется астероид Аррокот, к которому «Новые горизонты» приблизились в 2019 году. Это двойной астероид, который стал самым далеким от Земли объектом, когда либо посещенным космическим аппаратом. Название объекта переводится с языка народа поухатан как «небо», но неофициально он известен под названием Ultima Thule – так называют край мира.
Аррокот
В конце марта 2021 года Алан Стерн опубликовал обновленный план «Горизонтов». Сообщение главы миссии было опубликовано в преддверии символической даты: 17-18 апреля 2021 «Новые горизонты» достигнут отметки в 50 астрономических единиц (около 7,5 млрд километров) от Земли. Эту отметку пересекали лишь четыре аппарата в истории (в том числе «Вояджеры», продолжающие отдаляться все дальше за границу Солнечной системы).
Стерн заявил, что его команда будет проводить обновление программного обеспечения аппарата, чтобы еще больше приспособить его к изучению далеких объектов. Одно из обновлений под названием SWAP будет собирать совершенно новые для «Горизонтов» данные по изучению солнечного ветра и его распределению у самых границ Солнечной системы.
«Новые горизонты» продолжат поиск новых объектов в Поясе Койпера, который аппарат сможет посетить. Выбор Арракота в качестве цели занял у ученых четыре года, поэтому Алан Стерн в своем сообщении называет изучение подходящих кандидатов «поиском иголки в стоге сена». Но ученый полон оптимизма: новые программы, протестированные еще в 2020, позволили найти десятки новых объектов в Поясе Койпера.
К середине апреля Стерн пообещал опубликовать фотографии из Пояса Койпера, а в мае ученые завершат план по дистанционному исследованию еще трех объектов Пояса. По словам руководителя «Горизонтов», подобные исследования невозможно сделать при помощи не только телескопов с Земли, но даже «Хаббла».
Стерн также анонсировал наблюдения за объектами в Поясе Койпера в сентябре и декабре 2021 года и, возможно, «Новые горизонты» продолжат исследовать рубежи Солнечной системы и после этого. За тем, как далеко находится аппарат, может наблюдать в режиме реального времени на сайте «Новых горизонтов».
К сожалению, аппарат не вечен. Ожидается, что энергии, выделяемой РИТЭГ, хватит до 2026 года, чего может не хватить до момента, когда он пересечет гелиопаузу – один из условных рубежей Солнечной системы. Однако до того момента «Новые горизонты», вполне возможно, порадуют землян еще многими уникальными снимками и важными открытиями.
СМОТРИТЕ ТАКЖЕ: От Луны до Марса: главные космические события 2021 года