Межзвёздные маршруты

Основной целью всех этих запусков было исследование внешних планет Солнечной системы, но скорость, на которой аппараты достигнут удаленных планет превышает третью космическую скорость, необходимую для перехода на гиперболическую "траекторию невозвращения".

Основные запуски были произведены ещё 40 лет назад, в эпоху космической эйфории 70-х, а последний состоялся в 2006 году. Насколько мне известно, других подобных миссий пока не планируется.

Это были два полёта "Пионеров" (в рамках программы "Пионер"), два полёта "Вояджеров" (программа "Вояджер") и запуск "Новых горизонтов" (в рамках программы "Новые рубежи"). Все три программы подготовлены НАСА.

Программа "Пионер"

Программа "Пионер", стартовавшая еще в 1958 году, была весьма обширна, а целью ее было исследование межпланетной среды, Луны и планет. Пионер-10 и -11 были предназначены для исследования внешних планет Солнечной системы Юпитера и Сатурна. Конструктивно два аппарата были идентичны.

Пионер-10 был запущен в марте 1972 года, достиг Юпитера и успешно выполнил программу исследований планеты.

Пионер-11 стартовал в декабре следующего 1973 года, достиг Юпитера, выполнил гравитационный маневр, достиг и миновал Сатурн. Он также успешно выполнил программу исследований обеих планет.

В настоящее время оба аппарата находятся на пути к границам Солнечной системы, но исчерпали свои ресурсы и пребывают в неработоспособном состоянии.

Удаляющийся Пионер-10 находится в созвездии Телец, Пионер-11 - в созвездии Щит (или, по уточнении, Орёл). Из-за удаленности космических аппаратов их координаты уже практически не меняются, и они останутся в этих созвездиях в обозримые тысячелетия.

Программа Вояджер

Программа Вояджер также была ориентирована на исследование внешних планет Солнечной системы, в первую очередь Юпитера и Сатурна, но исключительная жизнеспособность аппаратов и удачное расположение дальних планет в момент старта позволило значительно расширить программу. Было запущено два аппарата, совпадающих по конструкции.

Первым, как ни странно, был запущен Вояджер-2; произошло это в в августе 1977 года. Он исследовал Юпитер и Сатурн, после чего, с учетом успешной работы также и второго аппарата серии, было решено продолжить миссию с включением в неё двух дальних планет-гигантов - Урана и Нептуна. Программа исследований Урана и Нептуна была также успешно выполнена.

Вояджер-1 был запущен вторым в сентябре того же 1977 года. Он также исследовал ближние внешние планеты Юпитер и Сатурн, после чего направился к границам Солнечной системы. Траектория его была выбрана таким образом, что в результате выполнения гравитационных маневров, скорость превысила скорость предшественника, в результате чего Вояджер-1 обогнал Вояджер-2 и в настоящее время является самым удаленным искусственным космическим объектом. Он преодолел границу Солнечной системы и оказался также и первым искусственным объектом в межзвездном пространстве. (Читайте о границе Солнечной системы чуть ниже в специальном разделе.)

В настоящее время оба аппарата находятся вблизи границы Солнечной системы, считается, что Вояджер-1 преодолел её. Оба аппарата продолжают оставаться в работоспособном состоянии, и передают информацию на Землю.

Вояджер-1 удаляется от Солнца, находясь в созвездии Змееносец, Вояджер-2 - в созвездии Телескоп. Аналогично аппаратам серии Пионер, их координаты практически не меняются.

Программа "Новые рубежи"

Программа "Новые рубежи" - текущая исследовательская программа НАСА. Она началась с запуска миссии "Новые горизонты".

Аппарат Новые горизонты был запущен в январе 2006 года для исследования системы Плутона, но еще не достиг этой карликовой планеты. Возможно, в дальнейшем траектория будет скорректирована для прохождения близ какого-либо объекта из пояса Койпера. В конце концов Новые горизонты также покинут Солнечную систему.

В настоящее время Новые горизонты находятся в созвездии Стрелец. В отличие от своих предшественников, Пионеров и Вояджеров, аппарат еще относительно близок Солнцу, кроме того, после достижения Плутона его траектория будет скорректирована, но еще не решено, как именно.

---

Граница Солнечной системы

Можно полагать, что Вояджер-1 вышел за границы Солнечной системы и уже находится в межзвездном пространстве.

Что же считают границей Солнечной системы?

Когда выяснилось, что Солнце - одна из звезд, а всё звезды несоизмеримо дальше планет, границей Солнечной системы стали считать орбиту самой удаленной планеты. Сначала это был Сатурн, потом, после открытия, Уран, затем Нептун, Плутон… Когда Плутон перестали считать планетой (случилось это в 2006 году), казалось бы размеры Солнечной системы должны были сократиться. Но к этому времени астроному определяли ее границы уже по-другому.

Сейчас границей Солнечной системы считается не самая удаленная планетная орбита, а состояние космической среды. Дело в том, что космос вовсе не пустой, он пронизан излучением, содержит частицы и материальные объекты самых разных размеров. Выяснилось, что космическая среда вокруг Солнца кардинально отличается от межзвездной среды в удалении от нашего светила. И разница состоит в том, что присолнечное пространство интенсивно продувается солнечным ветром, результатом солнечной активности - потоком ионизованных частиц с огромной скоростью движущихся от Солнца. Межзвездная же среда гораздо более спокойно и разряжено. Между этими двумя состояниями пролегает вполне осязаемая граница - ее и принято считать границей Солнечной системы.

Расскажу о ней несколько подробнее.

Скорость частиц солнечного ветра, "дующего" от Солнца, чрезвычайно велика, сотни километров в секунду. Это значительно выше скорости звука. (Странно говорить о скорости звука в космосе, но с точки зрения астрофизики это вполне корректно.) Постепенно солнечный ветер тормозится в результате взаимодействия с "медленной" материей и в какой-то момент скачком теряет скорость до дозвуковой. Область скачка скорости - ударная волна солнечного ветра. Она примерно сферическая и находится далеко за орбитой Нептуна и Плутона (орбита Нептуна - 30 а.е.), на расстоянии около 90 астрономических единиц и сильно смещается в зависимости от активности Солнца. Но это еще не граница Солнечной системы.

С другой стороны, Галактика наполнена частицами, оставляющими межзвездную среду (которые, когда достигают Земли, проявляются как космические лучи). Солнце движется относительно этого "галактического бэкграунда" в направлении Змееносца, и межзвездная среда ламинарно набегает на нас со сравнительно небольшой скоростью 25 км/сек. Тем не менее, эта скорость тоже выше скорости звука. А это значит, что "натыкаясь" на присолнечную область со встречным солнечным ветром звездный галактический ветер должен тормозиться - что и происходит, также с образованием ударной волны. Она называется головной ударной волной: она вовсе не сферическая и вообще существует только в направлении на апекс солнечного движения. Кстати говоря, именно в этом направлении движется и Вояджер-1. Расстояние до головной ударной волны очень приблизительно оценивается в 230 а.е. Но и это не граница Солнечной системы, а уже натуральное межзвездное пространство.

Границей Солнечной системы считается так называемая гелиопауза: поверхность, на которой затормозившийся до дозвуковой скорости солнечный ветер встречается с затормозившимся до дозвуковой скорости звездным галактическим ветром. Это тонкая грань, которую, теоретически, не может преодолеть не та, ни другая сторона, оставаясь в своих пределах. (Фактически это, конечно, не так: часть частиц проникают за барьер и в том и в другом направлении.) Гелиопауза, ограничивающая гелиосферу существенно деформирована галактическим ветром. Полагают, что ее граница в наветренной части находится на расстоянии около 120 а.е.

Именно её достиг Вояджер-1 в 2013 году.