В ноябре 1980 года систему Сатурна достиг аппарат «Вояджер-1». Через девять месяцев Сатурна достиг и «Вояджер-2». Именно он отправил на Землю фотографии гораздо бóльшего разрешения, чем его предшественники. Благодаря этой экспедиции удалось открыть пять новых спутников и выяснить, что кольца Сатурна состоят из маленьких колечек.
В июле 2004 года к Сатурну приблизился аппарат «Кассини-Гюйгенс». Он провёл на орбите 6 лет и все это время фотографировал Сатурн и его спутники. Во время экспедиции аппарат высаживал зонд на поверхность самого крупного спутника Титана, откуда удалось сделать первые фотографии с поверхности. Позже этот аппарат подтвердил существование на Титане озера из жидкого метана. За 6 лет «Кассини-Гюйгенс» обнаружил ещё четыре спутника и доказал присутствие воды в гейзерах на спутнике Энцеладе. Благодаря этим исследованиям астрономы получили тысячи хороших снимков системы Сатурна.
Следующей миссией к Сатурну, вероятно, станет изучение Титана в рамках совместного проекта NASA и Европейского космического агентства. Ожидается, что это будет изучение недр самых больших спутников Сатурна. Дата запуска экспедиции до сих пор неизвестна.
Плутон
Эту планету изучали лишь одним КА – «Новые горизонты». При этом цель миссии заключалась далеко не только в фотографировании Плутона.
Плутон и Харон. Составное фото из двух кадров
Меркурий
Ещё одна планета, к которой человечество практически прикоснулось. Аппарат BepiColombo, в рамках совместной миссии Европейского и Японского космических агентств, успешно совершил второй гравитационный манёвр около исследуемого им Меркурия (июнь 2022 года). Во время манёвра в ближайшей точке к поверхности Меркурия BepiColombo находился на расстоянии всего 200 км.
Снимок был сделан камерой транспортного модуля корабля, когда он находился в 920 км от поверхности. На нём хорошо видны различные кратеры, включая многоуровневый кратер диаметром 200 км, разломы, холмы, впадины и лавовые поля. При этом камеры транспортного модуля, обеспечивающие чёрно-белые снимки, предназначены для наблюдения за отдельными элементами зонда во время полёта. Например, на этом фото видны штанга магнитометра и часть антенны.
На орбиту планеты после ещё 7 гравитационных манёвров аппарат выйдет в 2025 году. Он разделится на два орбитальных зонда под управлением ESA и JAXA.
Астероиды и кометы
Поначалу аппараты подлетали к ядрам комет. Разглядели их, многое поняли. В 2005 году американский аппарат Deep Impact сбросил ударник на комету Темпеля 1, который сфотографировал поверхность на подлёте. Был произведён взрыв (тепловой – от собственной кинетической энергии), и основной аппарат пролетел сквозь выброшенное вещество, проводя химический анализ.
Впервые образец астероидного вещества (астероид Итокава) получили японцы.
Зонд «Хаябуса-2». В его составе был робот для изучения астероида, но он пролетел мимо из-за неточных расчётов и малой силы тяжести самого астероида. Основной аппарат, можно сказать, пылесосом, не садясь, произвёл забор грунта.
Зонд «Розетта» стал первым аппаратом, который вышел на орбиту кометы (Чурумова – Герасименко). В составе КА находился небольшой посадочный аппарат. На каждой из трёх его лап имелся «шуруп», который должен был ввернуться в поверхность кометы и закрепить аппарат.
Перед этим в момент касания должны были сработать два гарпунных ружья. Затем тросы должны были подтянуть аппарат к поверхности, и уже после этого он закреплялся бы лапами. К сожалению, из-за десятилетнего полёта не сработали пороховые заряды гарпунов. Под действием радиации порох потерял свои свойства. Аппарат ударился о поверхность, отлетел на километр, ещё полтора часа опускался, затем ещё несколько раз отскакивал, пока не закатился в щель под скалой.
В итоге орбитальный аппарат сфотографировал спускаемый, который лежит на боку, зажатый скалой. 30 сентября 2016 года материнский аппарат в момент касания перестал работать. Решение прекратить исследование было принято ввиду того, что комета, а значит, и аппарат удалялись от Солнца, и энергии уже не хватало. Скорость касания была всего 1 м/с.
За пределами Солнечной системы
Наиболее дешёвый способ покинуть Солнечную систему – разогнаться за счёт гравитации планет, сближаясь с ними, использовать их как буксиры и постепенно наращивать скорость около каждой. Для этого нужна определённая конфигурация планет – по спирали – чтобы, расставаясь с очередной планетой, лететь к следующей. Из-за медлительности самых далеких из них – Урана и Нептуна – такая конфигурация возникает редко, примерно раз в 170 лет. Последний раз Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун выстроились в спираль в 1970-е годы.
Американские учёные воспользовались этим построением и отправили за пределы Солнечной системы космические аппараты: «Пионер-10» (стартовал 3 марта 1972 года), «Пионер-11» (стартовал 6 апреля 1973 года), «Вояджер-2» (стартовал 20 августа 1977 года) и «Вояджер-1» (стартовал 5 сентября 1977 года).
В СМИ очень любят преувеличивать новости ради громких заголовков. Так, раз в пару лет появляются сообщения о том, что «Вояджеры» покинули границы Солнечной системы, что довольно сильно искажает реальную картину.
Оба «Вояджера» вышли за пределы гелиосферы – области пространства у звезды, в которой плазма солнечного ветра движется относительно неё со сверхзвуковой скоростью. Подразумевается, что гелиосфера заканчивается там, где скорость плазмы падает ниже 300 м/с (примерная скорость звука в воздухе. Приблизительно с такой же скоростью Солнце вращается вокруг центра Галактики. То есть плазма перестаёт обгонять звезду, образуя вокруг неё пузырь. Да, аппараты сейчас очень далеко от нас, но это даже близко не граница Солнечной системы (NASA.JPL, б.д.).
Однако до звёзд этим аппаратам лететь ещё очень далеко: ближайшая звезда Проксима Центавра находится дальше аппарата «Вояджер-1» в 2 000 раз. Более того, все аппараты, не запущенные специально к конкретным звёздам (только планируется запустить совместный проект Стивена Хоккинга и Юрия Мильнера в качестве инвестора под названием Breakthrough Starshot), вряд ли вообще когда-нибудь пролетят рядом со звёздами.
Конечно, по космическим меркам «сближениями» можно считать:
• во-первых, пролёт «Пионера-10» через 2 млн лет на расстоянии несколько световых лет от звезды Альдебаран;
• во-вторых, «Вояджера-1» – через 40 тыс. лет на расстоянии двух световых лет от звезды АС+79 3888 в созвездии Жирафа;
• в-третьих, «Вояджера-2» – через 40 тыс. лет на расстоянии двух световых лет от звезды Росс 248.
Так или иначе, человечество забралось уже настолько далеко от своей звезды, насколько сложно себе представить.
Ну а как насчёт полёта к Солнцу?
Насколько близко можно подлететь к Солнцу?
Для чего человечеству необходимо изучать родную звезду? Причин много. Но самая очевидная – непосредственное воздействие Солнца на здоровье людей и нашу технологическую цивилизацию. Причём проблема эта отнюдь не новая. Так, ещё в 1859 году крупная вспышка на Солнце вывела из строя телеграфные сети по всей Европе и Северной Америке. А в 1972 году из-за солнечной бури сдетонировали морские мины в Северном Вьетнаме.
Сегодня же системы коммуникации и энергетики на планете более сложные и развитые. На околоземных орбитах находятся тысячи спутников, без которых привычная нам жизнь просто замрёт.
Невероятное количество людей пользуются разнообразными электронными устройствами, поддерживающими их жизнь. При этом предсказывать космическую погоду мы так и не научились. Почему? Вот какую аналогию приводит по этому поводу Стюарт Бэйл, ведущий автор одного из исследований Parker Solar Probe:
«Исследование солнечного ветра с Земли похоже на изучение источника водопада вблизи дна, где турбулентность скрывает то, что происходит наверху…»
Но повод для оптимизма всё же есть. Какой? Стюарт Бэйл продолжает:
«…Однако теперь с помощью зонда мы всё ближе и ближе к вершине водопада и можем видеть скрытую структуру».
На сегодня Parker Solar Probe приближался к Солнцу на расстояние до 24 млн км. А в течение следующих пяти лет достигнет отметки в почти всего 6 млн км от его поверхности. К тому моменту Солнце вступит в наиболее активную фазу своего одиннадцатилетнего цикла. Так что нас ещё ждёт огромное количество открытий, учитывая те из них, что мы уже получили.
Известно, что солнечный ветер состоит в основном из протонов и ядер гелия, распространяющихся вдоль линий магнитного поля звезды. Специалисты делят его на «быстрый», распространяющийся со скоростью 500–1000 км/с, и «медленный», более плотный и со скоростью вдвое меньше. Происхождение последнего оставалось загадкой до завершения анализа данных ещё с первого сближения зонда со звездой (с тех пор было ещё два сближения, и данные сейчас находятся в обработке), по результатам которого специалисты заговорили о раскрытии неизвестной ранее физики нашей звезды.
Учёным впервые удалось буквально увидеть магнитную структуру короны. Она показала, что солнечный ветер возникает и в очень небольших корональных дырах. Зонд во время каждого сближения по неделе зависал над корональной дырой. Эта дыра испускала частицы солнечного ветра вдоль линий магнитного поля, в которых были зафиксированы огромные изломы. По мнению специалистов, эти изломы связаны с солнечным ветром (Verscharen, 2019). Оказалось, что сам газ является нестабильным, из-за чего самостоятельно генерирует волны.
Невероятное удивление учёных вызвано наличием по-настоящему свирепой пылевой среды во внутренней гелиосфере. Предполагают, что частицы пыли имеют размеры менее микрона и служат останками комет и астероидов, упавших некогда на Солнце. Так, Солнце может либо обладать своего рода кольцами, либо быть полностью «накрытым» этой пылью.
Благодаря параллельному картированию Солнца другими космическими аппаратами физики смогли проследить солнечный ветер и магнитные поля обратно к источнику – корональным дырам вблизи экватора.