"ВОЯДЖЕР-2" ИССЛЕДУЕТ УРАН

Борислав Славолюбов

20 августа 1977 года с космодрома космического центра им. Кеннеди был запущен космический аппарат "Вояджер-2". Первоначально станция стартовала к Юпитеру и Сатурну. Однако на рубеже 70-х и 80-х годов все планеты-гиганты удачно расположились в сравнительно узком секторе Солнечной системы ("парад планет"). Последний раз такое "собрание" проходило 180 лет назад. Использование гравитационного маневра сделало возможным дальнейший полет "Вояджера" - к Урану и Нептуну. Без такого маневра полет к Урану продолжался бы на 20 лет дольше, 30 лет вместо 9 - станция летела бы до сих пор.

После пролета мимо Сатурна под воздействием притяжения этой планеты "Вояджер-2" совершил пертурбационный маневр (разворот почти на 90њ) и перешел на траекторию полета к Урану. В 1981 году вероятность выполнения научной программы у Урана оценивалась в 60-70%. Во время пролета системы Сатурна произошло заклинивание поворотной платформы аппарата. Для того, чтобы понять, в чем неисправность, в Лаборатории Реактивного Движения (JPL) были срочно изготовлены 86 (!) макетов силового привода платформы, на которых и провели всестороннее изучение нештатной ситуации. Удалось выяснить, что причиной заклинивания послужила большая нагрузка на платформу вблизи Сатурна, и неисправность можно устранить. Была разработана программа более аккуратного управления платформой. Как запасной вариант, было предусмотрено наведение приборов путем разворота всей станции с помощью двигателей микроориентации.

В 1986 году в южном полушарии Урана стояло полярное лето. К Солнцу (и к подлетающему "Вояджеру-2") был обращен южный полюс планеты. Из-за большого наклонения спутниковой системы Урана по отношению к эклиптике было решено совершить пролет вблизи лишь одного спутника. В 1984 году этим спутником была выбрана Миранда. Было принято решение о минимальном расстоянии до Миранды в 29 тысяч километров. Рассматривался вариант и более тесного сближения - до 15 тысяч километров, но в этом случае система компенсации сдвига изображения телевизионных камер не могла бы предотвратить смазывания получаемых снимков.
При пролете мимо Урана впервые для связи с "Вояждером-2" использовались новые 64-метровые антенны, установленные в США, Испании и Австралии. Из-за падения мощностей радиоизотопных батарей (до 400 Вт) приходилось ограничить научную программу и использовать приборы поочередно.
В период с 4 ноября 1985 г. по 10 января 1986 г. станция вела обзорные наблюдения Урана с использованием телевизионных камер, которые регистрировали образования в атмосфере планеты и движение ее спутников. На снимках, полученных 30 декабря, был обнаружен новый спутник - Пак, размером около 170 км. Примерно в это же время было сфотографировано главное кольцо и несколько других. По мере постепенного сближения с Ураном в течение января 1986 года были сфотографированы еще около десятка небольших внутренних спутников размером в несколько десятков километров.
Кроме ранее известных 9 колец было открыто еще 2 слабых кольца - 1986 U1R и 1986 U2R. Дополнительно, установленный на аппарате фотополяриметр обнаружил по крайней мере еще несколько неполных колец, лежащих за пределами кольца Эпсилон.

Также было обнаружено, что узкие кольца погружены в широкое, разреженное кольцо.

Был сделан вывод, что кольцо Эпсилон состоит из крупных частиц размером около 1 метра (точнее, от 10 см до 10 м).
За 6 дней до максимального сближения с Ураном произошел серьезный сбой в передаче данных. Выяснилось, что при переходе на более мощный алгоритм сжатия (Рида-Солона) при передаче данных изображения искажены сеткой черных и белых линий. Одна группа, не доверяя компьютеру, обработала вручную все пикселы. Результат оказался тот же. Другая группа подготовила новое задание аппарату: прочесть и передать на Землю все, что он записал в память. Прошло много часов, прежде чем был получен ответ. Сравнение показало, что среди многих килобайт программы в одном восьмиразрядном слове один из нулей замещен единицей. Запрос с Земли и ответ Вояджера-2 показали, что перевести эту ячейку в "нулевое" состояние не удается. Тогда программисты так переписали эту часть программы, чтобы дефектный триггер не вызывал искажений. За четыре дня до сближения программа была послана на борт. Телеметрическая информация стала поступать без искажений.
В атмосфере Урана наблюдалось гораздо меньше деталей, чем в атмосферах Сатурна и Юпитера. На полученных снимках видна коричневатая дымка над южной полярной областью, освещенной Солнцем, а также некоторые облачные образования на различных широтах, движущиеся с неодинаковой скоростью.

Были обнаружены ветры, направление которых совпадает с направлением вращения планеты, причем в высоких широтах циркуляция атмосферы происходит с большей скоростью, чем у экватора. В самых верхних слоях атмосферы температура высокая: 750 К на дневной и 1000 К на ночной стороне планеты. В нижней части атмосферы над обоими полюсами температура одинакова. Исследования температуры в функции широты показали, что в высоких широтах близ полюса и в низких широтах близ экватора она одинакова. Зарегистрирован холодный пояс шириной 10-15њ, ось которого тянется примерно вдоль 40-й параллели. Температура атмосферы в этом поясе существенно ниже, чем в прилегающих областях. Станция обнаружила на Уране корону атомарного водорода над молекулярным водородом. Температура этой короны на дневной стороне 750 К, на ночной 1000 К.
Вояджер-2 открыл у Урана магнитосферу с напряженностью 0,25 Гс. Его полярность та же что и у Юпитера и Сатурна, и противоположна полярности магнитного поля Земли и Меркурия. Магнитометры станции показали, что в пределах магнитосферы планеты находятся орбиты спутников - Миранды, Ариэля и Умбриеля. Зарегистрированы возмущения магнитного поля этими тремя спутниками. Шлейф магнитосферы планеты простирается на большое расстояние. При проходе шлейфа зарегистрировано изменение направления поля на обратное, обусловленное наклоном магнитной оси Урана к оси вращения. Этот наклон составляет около 60 градусов, больше, чем у любой другой планеты Солнечной системы. При вращении Урана его магнитная ось перемещается в пространстве и увлекает за собой силовые линии магнитного поля, закручивая их.
Внутренняя магнитосфера Урана, по-видимому, представляет собой комбинацию горячих (100 000 К) и очень горячих (10 000 000 К) ионов. Горячие ионы обнаружены вблизи планеты, их плотность в 10 раз выше, чем плотность очень горячих ионов, которые обнаружены по обе стороны орбиты Миранды. Считают, что источником этих ионов является не солнечный ветер, а более удаленные от планеты спутники Урана. Генерируемые ими ионы (в основном протоны) при приближении к планете могут поглощаться Мирандой. Прибор для регистрации космического излучения обнаружил повышение интенсивности магнитного поля Урана внутри орбиты Миранды. Интенсивность поясов радиации Урана практически такая же, как у поясов Земли, и несколько меньше, чем у поясов Сатурна. В поясах Урана ниже содержание электронов высокой энергии, чем в поясах Земли.
Наблюдения магнитного поля Урана были важны еще и потому, что они позволили определить период вращения Урана вокруг оси и на основании этого - скорость ветров в атмосфере путем прослеживания движения облачных образований.
Зарегистрировано свечение Урана в УФ диапазоне, распространяющееся примерно на 50 тыс. км от планеты. На ночной стороне планеты обнаружены авроральные явления в районе магнитного полюса. Также зафиксировано интенсивное так называемое "электросвечение" атмосферы на дневной стороне планеты и радиоизлучение с ночной стороны. Плотность экзосферы достигает 100 штук в куб.см на уровне самого внешнего, кольца.

За несколько дней до пролета Урана станция начала подробную съемку крупнейших спутников:

В день пролета были получены беспрецедентные по разрешению снимки четырех крупнейших спутников. Наиболее близко от этих спутников станция пролетела от Ариэля - в 130 тысячах километров. В результате были получены снимки с разрешением до 2-3 километров на пиксель, показывающие геологически активную поверхность спутника. Для других спутников расстояние было гораздо выше: Умбриэль 557 тыс. км. (10 км на пиксель), Титания - 369 тыс. км. (13 км на пиксель) и Оберон - 660 тыс. км (12 км на пиксель).

Вояджер-2 прошел в 81200 км от облачного слоя Урана 24 января 1986 года. При проходе АМС через плоскость колец на расстоянии около 100 тысяч км от центра планеты прибор для изучения волн в плазме регистрировал приблизительно 30 слабых столкновений с частицами каждую секунду. Примерно в это же время АМС подошла к Миранде - до 30 тысяч километров от ее поверхности. Это позволило получить снимки с разрешением 560 метров на пиксель.

Но, к сожалению, все пять крупных спутников Урана были отсняты лишь с одного - подсолнечного полушария.
Через 3 часа АМС вошла в радиотень Урана и провела радиозондирование ее атмосферы. Съемка системы Урана продолжалась и после пролета планеты. Всего от АМС было получено около 6 тыс. снимков Урана, его спутников и колец.

Источники:
Ежегодник БСЭ за 1987 год
Л. В. Ксанфомалити. "Дальше - только звезды", "Земля и Вселенная" ? 3 1990 г.
Фотожурнал NASA

Уран

наверх

к оглавлению