«Разведчики внешних планет»: история «Пионеров» и «Вояджеров»
В 1970-х США отправили в космос четыре автоматические станции, предназначенные для исследования дальних планет: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна. Именно эти аппараты — два «Пионера» и два «Вояджера» — открыли для нас внешние планеты Солнечной системы, впервые передав их снимки, а также собрав другие ценные данные. В книге «Разведчики внешних планет: Путешествие "Пионеров" и "Вояджеров" от Земли до Нептуна и далее» (издательство «Альпина нон-фикшн») обозреватель журнала «Новости космонавтики» Игорь Лисов рассказывает о том, как готовился их полет, что происходило в ходе миссии и какую информацию о планетах нам удалось получить. Предлагаем вам ознакомиться с фрагментом, посвященным загадке аномального торможения «Пионеров».
Эффект «Пионеров»
Впрочем, землянам две эти станции («Пионер-10» и «Пионер-11» — прим.N + 1) тоже подкинули интереснейшую загадку.
Регистрация радиосигнала «Пионеров» в когерентном режиме позволяла точно определить доплеровский сдвиг частоты и вычислить взаимную скорость передатчика на борту и приемника на Земле. Доступная точность измерений была столь высока, а негравитационные силы столь ничтожны, что можно было надеяться на серьезные открытия. Даже очень далекое сближение с гипотетической десятой планетой или с «темной звездой» — невидимым двойником Солнца — изменило бы траекторию и скорость КА.
А в существовании таких тел тогда мало кто сомневался, особенно после того, как Джеймс Кристи и Роберт Харрингтон открыли в 1978 г. спутник Плутона Харон. Как только был определен период его обращения, стало ясно, что Плутон намного легче, чем считалось до этого. Вместе с Хароном он тянул лишь на 20 процентов земной Луны и никак не мог нести ответственность за отклонения в движении Урана и Нептуна, по которым его искали за полвека до этого. Их должен был вызывать какой-то другой, еще не открытый тяжелый объект.
17 июня 1982 г. научная группа небесной механики во главе с Джоном Андерсоном озвучила соответствующие планы публично, причем в утвердительной форме: «Пионеры» могут найти десятую планету! Ученые объясняли, что настоящую планету где-нибудь на дальности 80 а. е. от Солнца два аппарата, движущиеся в противоположных направлениях, будут ощущать по-разному. В то же время невидимый далекий компаньон Солнца, будь это белый карлик или черная дыра, оказывал бы на два КА практически одинаковое влияние. Нескольких лет наблюдений за «Пионерами» должно было хватить для убедительных выводов.
К моменту ухода «Пионера-10» за Нептун к этой первой добавили еще одну серьезную задачу — попытку регистрации гравитационных волн. Этим красивым термином физики называют возмущения пространства-времени, связанные со столкновениями больших масс — таких как черные дыры — и выделением огромной энергии. Длины таких волн оценивались в 1–3 млрд км, и «Пионеры» как раз удалились от Солнца на расстояния, сравнимые с длиной волны.
Оговорка о негравитационных силах была сделана неспроста. Гравитационное влияние всех существенных известных тел Солнечной системы закладывалось в расчеты. Прочие силы как внутреннего, так и внешнего происхождения можно было оценить лишь приблизительно. Что касается внутренних возмущений, то «Пионеры», стабилизированные вращением и не использующие двигатели для повседневного поддержания ориентации, были очень хорошими «пробными телами». «Вояджеры», скажем, в подметки им не годились. Самой значительной и плохо предсказуемой из внешних сил было давление солнечного света, направленное от светила и дающее микроскопическое дополнительное ускорение «на разгон». Эта сила снижалась с квадратом расстояния от Солнца и где-то за орбитой Сатурна перестала быть основным компонентом невязки — разницы между моделируемым ускорением «Пионеров» и реальным, вычисляемым из доплеровских измерений скорости.
Вот тут-то и вылезло «нечто». В 1980 г., изучая баллистические результаты пролета «Пионера-11» у Сатурна, Джон Андерсон, руководитель исследований по небесной механике из Лаборатории реактивного движения, обнаружил заметное и необъяснимое ускорение КА. Привлекли данные по «Пионеру-10» и увидели, что с ростом расстояния от Солнца невязка уменьшалась быстрее, чем должно падать давление солнечного света. Аппарат уже прошел отметку 20 а. е., и суммарное немоделируемое ускорение, действующее на «Пионер-10», стало отрицательным. Создавалось впечатление, будто он притягивается Солнцем с чуть большей силой, чем предписывает закон Ньютона.