Ник. Горькавый - Небесные механики
На долю «Вояджера-2» и его земной команды выпало немало испытаний.
Космический робот – это не просто летающий автоматический фотоаппарат, у него есть своеобразный интеллект и разные соображения на многие случаи жизни. Из-за самостоятельности космического робота и его реакции на человеческую забывчивость произошла первая неприятность с «Вояджером-2».
Она случилась, когда аппарат находился ещё в поясе астероидов. Оператор, отвечающий за радиоконтакт с аппаратом, как-то не вышел на связь с «Вояджером-2»…
– Он заснул, что ли, этот оператор?! – возмутился Андрей.
– …совершив серьёзную ошибку: бортовой компьютер аппарата, не получив сигналов с Земли, решил, что основной приёмник сломался, и переключился на запасной. Попытки заставить робота снова пользоваться главным приёмником не увенчались успехом.
Беда была в том, что запасной приёмник оказался не вполне исправен: в нём сгорел один из конденсаторов, из-за чего диапазон радиоволн, в которых была возможна связь с аппаратом, сузился в тысячу раз и стал «плавать» – меняться, – например, от температуры и скорости межпланетной станции. Для устойчивой связи пришлось точнейшим образом рассчитывать все факторы, смещающие частоту связи.
Потом на «Вояджере-2» заклинило силовой привод, поворачивающий платформу с приборами. Учёным пришлось разрабатывать методы наблюдения с помощью разворота всего аппарата.
Вследствие долгого полёта мощность бортовой ядерной электростанции «Вояджера-2», работающей на оксиде плутония, упала – и количество одновременно включенных научных приборов пришлось строго дозировать.
– Ух, как, наверное, спорили учёные – чьи приборы надо выключать из-за недостатка энергии! – отметил Андрей.
– Чем ближе подлетал «Вояджер-2» к Урану, тем напряжённее становилась атмосфера в центре управления полетом и среди учёных, обрабатывающих данные межпланетной станции. И тут случилось непредвиденное. За шесть дней до долгожданного пролёта возле Урана изображения, получаемые с борта «Вояджера», исказились сильными помехами! Учёные схватились за голову: что могло случиться в самый неподходящий момент?!
Тесты, проведённые на компьютере «Вояджера», летящего на таком гигантском расстоянии, что радиоволна от аппарата до Земли идёт почти два с половиной часа, показали: в памяти компьютера «Вояджера» из-за удара космической частицы появился неправильно работающий участок. Весь проект оказался под угрозой, и учёные стали думать – как можно его спасти.
– Что же можно предпринять, если компьютер испортился? Ведь его невозможно починить на расстоянии! – расстроилась Галатея.
– Учёные и инженеры трудились днём и ночью и всего за двое суток сумели починить компьютер «Вояджера», не прикасаясь к нему: они нашли ошибочный элемент памяти и написали программу, обходящую его.
– Вот молодцы! – воскликнула девочка.
– Учёные не только справились с неполадками робота, но и оптимизировали его компьютерные и исследовательские программы. Работоспособность аппарата, летящего за многие сотни миллионов километров от Земли, фактически улучшилась за время полёта.
Когда «Вояджер-2» вплотную приблизился к Урану, никем ещё вблизи не исследованному, то волнение учёных достигло предела.
Голубой Уран давно был загадкой для астрономов. Во-первых, в отличие от других планет, Уран лежит на боку, и кольца со спутниками вращаются вокруг него, как колесо обозрения. Во-вторых, за несколько лет до визита «Вояджера-2» Уран вызвал настоящий переполох среди научного мира.
10 марта 1977 года Уран, медленно ползущий по небу, должен был загородить собой маленькую звездочку в созвездии Весов. Астрономы решили это событие наблюдать не с Земли и не из космоса.
– А откуда же ещё можно наблюдать? – удивился Андрей.
– Из атмосферы. У американских астрономов была летающая обсерватория: огромный самолёт, оборудованный телескопом с почти метровым зеркалом. Учёные поднялись на этом самолёте на максимально возможную высоту – где воздуха было уже мало, и он почти не мешал наблюдениям, – и приготовились увидеть затмение звезды Ураном. Они надеялись получить какую-нибудь информацию об атмосфере этой далёкой планеты. Но неожиданно приборы зафиксировали несколько коротких затмений звезды ещё до захода её за планету, а потом такое же количество миганий – после выхода звёздочки из-за Урана.
Удивлённые учёные сделали неизбежный вывод, что Уран окружён девятью кольцами – тонкими, как струны, и очень непохожими на широкие кольца Сатурна. Теоретики стали ломать головы: как возникли такие узенькие колечки и что удерживает их от расплывания?
Одни астрономы придерживались гипотезы «дымного следа»: в кольцах сидят небольшие спутники, которые «дымят» и оставляют за собой узкую полосу.
– Как след в небе после самолёта? – спросил Андрей.
– Примерно так. Согласно этой гипотезе, внутри колец Урана должно было существовать девять (!) неоткрытых спутников.
Два американских теоретика выдвинули гипотезу, по которой каждое узкое кольцо было зажато между парой спутников-«пастухов», которые «пасут» частицы кольца своими гравитационным полями, как кнутами, и не дают им разбредаться. Значит, подсчитали американцы, внутри зоны колец может находится до 18-ти спутников. Эта гипотеза завоевала максимальное количество сторонников, потому что на внешнем краю колец Сатурна «Вояджеры» уже нашли узкое колечко, очень похожее на урановское и окружённое двумя спутниками-«пастухами» – Пандорой и Прометеем.
Ещё одну модель предложили два московских теоретика, предположивших, что невидимые спутники должны располагаться не внутри зоны колец, а снаружи – между кольцами и спутником Мирандой, самым близким из известных тогда пяти спутников Урана. Образование и стабильность колец должно было контролироваться такими спутниками издали, с помощью резонансов.
– Это что ещё за зверьки? – не поняла Галатея.
– Если частицы кольца вращаются вокруг планеты за десять часов, а спутник совершает оборот за двадцать часов, то учёные называют такое соотношение резонансом 1: 2. Пусть частица, двигаясь по эллиптической траектории вокруг планеты, встречает в верхней точке своей орбиты внешний спутник, который притягивает к себе частицу. Если орбиты частицы и спутника находятся в резонансе 1: 2, то в каждый свой второй пролёт по верхней части орбиты частица встретится со спутником. В результате таких встреч – всегда в одном месте орбиты – влияние резонансного спутника быстро накапливается. Под воздействием резонансного спутника орбита частицы может, например, вытянуться, увеличивая свою эллиптичность.
– Раскачиваясь на качелях, ты используешь для этого резонанс 1: 1, – блеснул эрудицией Андрей. – Это когда период движений твоего тела совпадает с периодом самих качелей.
– Умный, да? – покосилась на него Галатея.
– Московские учёные открыли, что каждая пара колец Урана имеет два резонанса с внешней пустой орбитой между кольцами и Мирандой.
– Это как? – спросила Галатея, наморщив лоб.
– Если период обращения частиц одного кольца 6 часов, а другого – 8 часов, то у этих двух колец есть общая внешняя резонансная орбитас периодом в 12 часов, которая с одним кольцом имеет резонанс 6: 12 = 1: 2, а со вторым 8: 12 = 2: 3.
Советские теоретики в 1985 году опубликовали статью, в которой утверждали, что на этих, ещё пустых, резонансных орбитах «Вояджер-2» и должен найти новые спутники Урана. Всего московские теоретики сумели вычислить радиусы орбит шести таких невидимых спутников.
Когда «Вояджер-2» пролетел возле Урана 24 января 1986 года, то действительно открыл возле планеты десятьранее неизвестных спутников. Только один, самый маленький, спутник забрался внутрь зоны колец, отчего самое внешнее из колец Урана оказалось окруженным спутниками-«пастухами». Остальные девятьспутников располагались именно там, где и предполагали московские теоретики, – между Мирандой и кольцами. Например, согласно расчетам, самый дальний из предсказанных спутников должен иметь орбиту в 66 450 км. «Вояджер-2» действительно открыл на орбите в 66 100 км крупный спутник диаметром в 140 километров. Его назвали Порция – в честь умной героини одной из пьес Шекспира.
За предсказание системы новых спутников Урана двое советских учёных получили Государственную премию СССР. Виталий Гинзбург, лауреат Нобелевской премии, отметил: «Это, по-видимому, второй случай в истории астрономии предсказания орбит новых небесных тел на основании теоретических расчетов (после происшедшего 140 лет назад вычисления Леверье и Адамсом орбиты неизвестной планеты, открытой затем в 1846 году Галле и названной Нептуном)».
