Как и почему потерялись в космосе аппараты-близнецы Pioneer-10 и Pioneer-11

20 млрд километров от Земли. Где в 2024 году находятся космические аппараты-близнецы Pioneer-10 и Pioneer-11? Они первые в истории добрались до Юпитера и Сатурна, и вышли в межзвездное пространство. Почему зонды потерялись в космосе и какое послание они несут внеземным цивилизациям?

Отважные разведчики

Космические зонды Pioneer-10 и Pioneer-11 создали в NASA в рамках одноименной программы по исследованию межпланетного пространства и небесных тел. Изначально они задумывались как простые аппараты-разведчики.

В 1960-х годах в Лаборатории Реактивного Движения NASA разрабатывали миссию Voyager. «Пионеров» запустили раньше, чтобы разведать путь для более дорогостоящих зондов. Ученые использовали собранные ими данные для расчета наилучшей траектории полета аппаратов Voyager, запущенных в 1977 году.

Pioneer-10 на финальном этапе создания
Pioneer-10 на финальном этапе созданияИсточник: NASA

Большие открытия маленького разведчика. Как Pioneer-10 преодолел радиацию и выжил

Космическому зонду Pioneer-10 поручили исследование газового гиганта Юпитера — самой большой планеты в Солнечной системе. Вторая и самая важная цель его миссии — пересечь пояс астероидов. Это область Солнечной системы, в которой собираются объекты разных размеров — астероиды и малые планеты. Поэтому этот участок опасен для прохождения.

Зонд запустили 3 марта 1972 года с помощью ракеты-носителя Atlas-Centaur. Он совершил пролет Луны через 11 часов после старта, став самым быстрым объектом, созданным человеком на тот момент.

15 июля 1972 года космический аппарат первым в истории вошел в пояс астероидов. Траекторию полета зонда рассчитали так, чтобы он не приближался к небесным телам на расстояние ближе 8,8 миллиона км. Он благополучно прошёл пояс и вышел на другой стороне 15 февраля 1973 года.

Космический аппарат Pioneer-10 максимально приблизился к Юпитеру 4 декабря 1973 года. Он пролетел мимо облаков газового гиганта на расстоянии 132 тыс. км и сделал самые детальные фотографии планеты и ее спутников на тот момент.

Изображения Юпитера, сделанные Pioneer-10
Изображения Юпитера, сделанные Pioneer-10Источник: National Geographic

Зонд собрал данные об атмосфере и массе Юпитера. Также приборы космического аппарата подтвердили, что магнитное поле газового гиганта инвертировано по сравнению с магнитным полем Земли. Еще Pioneer-10 зафиксировал, что Юпитер излучает в 2,5 раза больше тепла, чем получает от Солнца. Возможно, это обусловлено гравитационным сжатием, внутренними процессами теплообразования или механизмами его магнитосферы.

Помимо этого, ученые хотели измерить мощность радиационных поясов Юпитера. Траекторию полета Pioneer-10 построили так, чтобы аппарат прошел через области с наибольшим количеством заряженных частиц. Но в итоге зонд получил такую дозу облучения, что его аппаратура начала сбоить, а связь несколько раз прерывалась. Это привело к потере снимков Ио — галилеева спутника Юпитера, а также части фотографий самого газового гиганта. Как оказалось, радиационный пояс Юпитера мощнее Земного в 10 тысяч раз.

Все же Pioneer-10 достойно преодолел это испытание и остался в строю. Он использовал гравитационное поле Юпитера как катапульту для увеличения собственной скорости. Этот метод называется гравитационным маневром. Так он набрал скорость, нужную для выхода за пределы гелиосферы. А 13 июня 1983 года отважный зонд стал первым космическим аппаратом, покинувшим Солнечную систему.

Траектория полета Pioneer-10
Траектория полета Pioneer-10Источник: Airbase

Долгий путь в бесконечность Pioneer-11

Поначалу космический зонд Pioneer-11 планировался как дублер Pioneer-10. Аппарат запустили 6 апреля 1973 года с помощью ракеты-носителя Atlas-Centaur, как и его предшественника. К тому моменту «десятый» уже пересек пояс астероидов и направлялся к Юпитеру.

Pioneer-11 добрался до Юпитера в ноябре-декабре 1974 года. Ближе всего — на высоте 42 тысячи км от облаков газового гиганта, он оказался 3 декабря. Аппарат сделал детальные фотографии Большого Красного пятна, составил карту полярных областей Юпитера и определил массу галилеева спутника Каллисто.

Далее зонд использовал гравитационный маневр для изменения траектории и скорости полета к Сатурну. После того, как его предшественник Pioneer-10 успешно завершил свои наблюдения за Юпитером, планировщики миссии сменили курс «одиннадцатого» и отправили его на исследование второго газового гиганта.

И вот, 1 сентября 1979 года Pioneer-11 прошел мимо Сатурна на высоте 21 тысячи км. Он собрал и отправил на Землю информацию о планете и ее кольцах. Благодаря полученным данным, стало понятно, что у газового гиганта есть магнитное поле и его атмосфера состоит в основном из жидкого водорода. В качестве бонуса «одиннадцатый» обнаружил еще одно кольцо Сатурна.

Изображение Сатурна, сделанное «Pioneer-11»
Изображение Сатурна, сделанное «Pioneer-11»Источник: Medium

Помимо этого, зонд проанализировал спутники газового гиганта. Он даже нашел два новых и сфотографировал уже известные — Титан, Мимас и другие. А потом следом за «десятым» отправился за пределы Солнечной системы.

Что такое эффект «Пионера»

В честь космических аппаратов Pioneer даже назвали физическое явление — эффект «Пионера». Когда зонды подошли к пределам Солнечной системы, их тормозила какая-то неизвестная физическая сила. Каждый год они отставали от плана примерно на 5 тысяч километров.

Десятилетиями ученые не находили объяснения этому явлению и даже предположили, что неправильно понимали законы физики. И все же в 2012 году группа ученых Лаборатории Реактивного Движения NASA во главе с Вячеславом Турышевым нашла ответ. Причина замедления «Пионеров» — тепловые потоки, исходящие от космических аппаратов неравномерно во многих направлениях.

Улетели, но не обещали вернуться

Изначально миссии аппаратов планировались на 21 месяц, а проработали они около 30 лет. В 2024 году Pioneer-10 находится примерно в 20 млрд км от Солнечной системы. А Pioneer-11 — на расстоянии 16 млрд км. Связь с ними отсутствует.

Pioneer-10 и Pioneer-11
Pioneer-10 и Pioneer-11Источник: Naked Science

NASA потеряли управление «десятым» еще в 1990х годах. А последний сигнал от него получили 23 января 2003 года. У космического зонда почти разрядились батареи, и сейчас ему не хватает мощности для отправки радиосигналов на Землю. И все же, аппарат отправляет послания и по сей день, но уже не «докричится» до нас.

Его последователь, Pioneer-11, замолчал 4 ноября 1995 года. Причина та же — нехватка заряда батарей. Скорее всего, зонд тоже все еще не оставляет попыток связаться с Землей. Но в его случае шансов совсем нет. Передающая тарелка аппарата отклонилась от точной ориентации на нашу планету, и все сигналы он посылает мимо.

Послание зеленым человечкам

Оба космических зонда Pioneer несут с собой пластины из анодированного алюминия. На них нарисованы женщина и мужчина рядом с «Пионером», информация о местонахождении Солнечной системы и Земли относительно четырнадцати пульсаров и центра Галактики, а также два состояния атома водорода. Схожие послания имеются на бортах аппаратов Voyager.

Ученые надеются, что когда-нибудь зонды Pioneer встретятся с разумными формами жизни с других планет. А информация на пластинах поможет инопланетянам отыскать нас.