2.8. К далеким планетам: исследование Солнечной системы

Сообщество космических объектов, к которому принадлежит наша Земля, включает в себя центральный элемент – звезду Солнце, 8 планет, около полутора десятков спутников, множество астероидов, карликовых планет, комет и некоторые другие объекты. Некоторое время назад, после открытия Плутона и до конца XX в., считалось, что в Солнечной системе 9 планет. Но новые исследования, сделанные в том числе и благодаря космическим аппаратам, запущенным к самым дальним планетам, вынудили ученых лишить Плутон планетного статуса: было обнаружено множество подобных ему образований, и некоторые даже превосходили его размерами.

По новой классификации, утвержденной в 2006 г., полноценными планетами считаются восемь крупнейших объектов Солнечной системы, от Меркурия до Нептуна. Космическим телам меньшего размера, расположенным в основном за орбитой Нептуна, присвоен статус карликовых планет.

Солнечная система по космическим меркам – совсем небольшой объект, затерявшийся в одном из рукавов спиральной галактики Млечный Путь. Но с земной точки зрения ее размеры огромны. Если считать ее границей конец гелиосферы, то диаметр составит около двух световых лет. Именно столько времени понадобится солнечному лучу, чтобы долететь от одного края Солнечной системы до другого. Проще говоря, гелиосфера – это огромный магнитный пузырь, внутри которого находится Солнце, создавшее и поддерживающее гелиосфе-ру, планеты, астероиды, космическая пыль и т. д. Здесь дует солнечный ветер, влияющий на космическую погоду. За границами гелиосферы влияние Солнца заканчивается, здесь правят бал силы межзвездной среды.

Множество открытий, касающихся дальних уголков Солнечной системы, в том числе границ гелиосферы, было сделано благодаря космическим аппаратам «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Разработанные НАСА и запущенные в 1977 г., они стали частью одного из самых успешных и продуктивных экспериментов в истории беспилотного освоения космоса. Аппараты передали на Землю отличные снимки Юпитера и Сатурна, они впервые в истории достигли Урана и Нептуна, а в 2004 и 2007 гг. соответственно «Вояджер-1» и «Вояджер-2» пересекли границу Солнечной системы.

Энергии аппаратов должно хватить до 2025–2030 гг., за это время ученые надеются получить максимум информации о переходной области между гелиосферой и межзвездной плазмой. Сигналы, полученные с аппаратов, уже позволили понять, что сфера Солнечной системы ассиметрична. В южной части ее граница находится ближе к Солнцу, чем в северной. На границе гелиосферы происходит столкновение солнечного ветра и межзвездного газа, ветер сбрасывает скорость, а температура должна подниматься. Это ученые рассчитали еще до экспедиции «Вояджеров». Но полученные данные оказались неожиданными: температура поднималась намного меньше, чем выходило по расчетам. Исследователи до сих пор бьются над вопросом, куда уходит остальная энергия.

За два десятилетия до того, как «Вояджеры» отправились в сверхдальний полет, человечество приступило к первым попыткам приблизиться к космическому телу. Ближайшим к нам объектом является Луна, с нее и началась история контактного изучения Солнечной системы. Чуть позже ученые обратили взоры к планетам земной группы – Меркурию, Венере и Марсу.

Первые попытки облететь Марс и Венеру, предпринятые советскими и американскими беспилотными аппаратами, были неудачными. Наконец, в 1962 г. межпланетная беспилотная станция «Маринер-2», запущенная США, пролетела в 35 тыс. км от Венеры и смогла передать данные на Землю. Советская «Венера-1», запущенная за год до этого, тоже долетела до планеты, но связь оборвалась. «Маринер-2» подтвердил, что на Венере чрезвычайно горячая атмосфера и нет магнитного поля. Ему удалось измерить скорость обращения планеты вокруг оси, замерить параметры солнечного ветра и космической пыли. После «Маринера» на Венере побывали более двух десятков аппаратов, в том числе советская «Венера-7», совершившая в 1970 г. первую мягкую посадку на поверхность планеты, и несколько искусственных спутников.

Марс издавна считался весьма загадочной планетой: еще в XIX в. астрономы, наблюдавшие за ним в телескоп, обнаружили сетку каналов и предполагали, что на нем может быть жизнь. Впоследствии выяснилось, что это оптическая иллюзия, но своей таинственности Марс не утратил, у него еще оставались снежные шапки, которые давали надежду на существование той или иной формы жизни. Фотографирование планеты с орбиты началось еще в 1960-е гг., этим занимались несколько автоматических межпланетных станций. Первым поверхности красной планеты достиг советский «Марс-3». Он успел передать фотоизображение, после чего связь прервалась.

Вся Солнечная система, включая Солнце и планеты, располагается в гелиосфере. Внутри нее присутствует солнечный ветер и электромагнитное излучение. За границей гелиосферы находится межзвездная среда

Искусственные спутники и автоматические станции на протяжении десятков лет изучают гравитационное и магнитное поля Марса, его рельеф, атмосферу, тепловые характеристики и т. п. В 1976 г. после первой удавшейся мягкой посадки американского «Викинга-1» началось непосредственное изучение марсианского грунта. Главной целью исследований было возможное обнаружение признаков жизни – бактерий, микроорганизмов. Результат был отрицательным, никаких форм жизни на Марсе не найдено.

Среди достижений в сфере изучения Марса можно назвать проект «Марс Глобал Сервейор» – исследовательскую станцию, в течение 10 лет занимавшуюся картографированием планеты; марсоход «Соджонер», с помощью спектрографа исследовавший марсианские камни; марсоход «Спирит», совершивший первое бурение на Марсе, обнаружил признаки былого присутствия воды в марсианских породах. В планах исследователей космоса пилотируемый полет на Марс. Возможно, он будет осуществлен в ближайшие 10–20 лет.

Меркурий – самая маленькая и самая сложная для исследований планета земной группы. К нему были отправлены всего два космических аппарата. В середине 1970-х гг. «Маринер-10» трижды приблизился к планете и сделал несколько сотен фотографий. В 2008 г. Меркурия достиг «Мессенджер» и вышел на его орбиту. Он произвел анализ химических элементов, магнитного поля и солнечного ветра.

Юпитер впервые был исследован с близкого расстояния в 1973 г. «Пионером». Аппарат сделал первые в истории снимки планеты, до этого он пролетел сквозь пояс астероидов и обнаружил пылевой пояс вблизи Юпитера. Через пять лет возле Юпитера оказались летевшие к границам Солнечной системы «Вояджеры». Они исследовали спутники планеты. Единственным аппаратом, вышедшим на орбиту Юпитера, был «Галилео», проработавший 14 лет, с 1989 г. Он получил довольно полные сведения об атмосфере, сделал несколько тысяч уникальных фотографий планеты и ее спутников.

Галактика Млечный Путь имеет форму закрученной спирали. В одном из завитков ее спирали, в рукаве Ориона, находится наша Солнечная система (обозначена желтым кружком)

«Пионеры» и «Вояджеры», пролетевшие рядом с Юпитером, позже приблизились к Сатурну. Они фотографировали поверхность планеты, ее спутники и кольца. С их помощью были получены сведения о структуре и составе колец (они состоят из льда и пыли). Больше всего открытий позволила сделать автоматическая станция «Кассини-Гюйгенс», запущенная с земли в 1997 г. и вышедшая на орбиту Сатурна в 2004 г. Она обнаружила присутствие воды на планете, поэтому Сатурн теперь считается самым пригодным после Земли местом для существования жизни.

Урана и Нептуна, самых отдаленных планет Солнечной системы, удалось достичь только «Вояджеру-2». Космический аппарат пересек орбиту Урана в 1986 г. Он обнаружил 10 новых спутников, исследовал систему колец и магнитный хвост планеты, который возник из-за поперечного вращения и наклона относительно оси. К Нептуну «Вояджер-2» прибыл в августе 1989 г. Он пролетел в 3 тыс. км над его полюсом, зафиксировал антициклон «Большое Темное Пятно», кольца и дуги (неполные кольца). Так как Уран и Нептун не имеют твердой поверхности, к ним невозможно отправить посадочный модуль, но в планах ученых запустить к удаленным планетам искусственные спутники и исследовать их при помощи спускаемых зондов.