Разведчики внешних планет. Путешествие «Пионеров» и «Вояджеров» от Земли до Нептуна и далее
В ультрафиолете в районе 80° ю.ш. наблюдались полярные сияния, сравнимые по интенсивности с земными. На приемной аппаратуре PRA были слышны загадочные всплески радиоизлучения в широком диапазоне частот, от 20 кГц до 40 МГц. Первой была выдвинута гипотеза о молниеподобных разрядах в атмосфере планеты, только очень мощных – до 10–100 МВт, то есть в 104–105 раз сильнее, чем молнии в земной атмосфере. Считалось, что подсветка Сатурна отраженным от колец светом не позволяет «увидеть» их непосредственно. Но, когда выяснилось, что всплески повторяются с периодом 10 ч 10 мин, стали «грешить» на кольца, поскольку период следования импульсов соответствовал периоду вращения частиц кольца B, и называть вероятной причиной разрядов взаимодействие малого спутника в пределах кольца с электростатическим полем.
УФ-спектрометр станции обнаружил, что водородное облако вокруг Сатурна простирается от 8 до 25 RS (0,48–1,50 млн км), то есть вплоть до орбиты Титана, и имеет 4–6 RS в толщину. Источником его могла быть диссоциация метана в атмосфере спутника. Тор нейтрального водорода имел плотность 10 атомов на 1 см3 и общую массу порядка 25 000 т. Найденная прибором LECP скорость движения ионов водорода и азота достигала 10 000 км/с.
11 ноября в 18:00 UTC «Вояджер-1» выполнил разворот на 384° для картирования полей и частиц и взял новую опорную звезду для предстоящих съемок Титана. Задолго до запуска, еще на этапе прикидки траекторий, крупнейший спутник Сатурна был выбран главным приоритетом первого «Вояджера».
За 25 часов до встречи с Сатурном началась фаза пролета, которую аппарат отрабатывал самостоятельно по заложенной программе. До Титана оставалось 493 000 км, «Вояджер» снимал его мозаичные портреты размером 2 × 2 и 3 × 3. Готовились съемки обоими спектрометрами, шли непрерывные измерения параметров космической среды. Данные, в зависимости от их типа, передавались на скорости от 19,2 до 44,8 кбит/с. Более 400 корреспондентов, собравшихся в аудитории имени фон Кармана, ждали сообщений от операторов и ученых.
11 ноября в 23:27 UTC по бортовому времени [74] на расстоянии 26,1 RS (1,57 млн км) от планеты «Вояджер-1» вошел в ударную волну, за два с половиной часа преодолел магнитослой и в 01:54 первый раз пересек магнитопаузу на отметке 23,7 RS. Граница магнитосферы постоянно «трепетала» под порывами космического ветра, так что на протяжении часа аппарат пересекал магнитопаузу еще четырежды, в последний раз – в 02:47 на дальности 22,8 RS (1,37 млн км). К радости ученых, на этот раз орбита Титана лежала в пределах магнитосферы, давая возможность оценить его собственное магнитное поле.
12 ноября в 05:41 UTC бортового времени «Вояджер-1» прошел в 6490 км от центра Титана. На подлете 90 % площади огромного спутника было отснято с теоретическим разрешением 3,4 км и лучше, а 50 % – 1,3 км и лучше. Увы, именно теоретическим: камерам предстала плотная дымка без каких-либо просветов – оранжевый теннисный мячик крупным планом, да и только! «Вояджер-1», как и «Пионер-11» годом раньше, не смог увидеть детали поверхности Титана. Удалось лишь различить 50-километровую толщу дымки на высоте около 100 км над видимой поверхностью, которая со стороны северного полюса смыкалась с непрозрачным темным «капюшоном». Южное полушарие смотрелось немного ярче северного – это также сочли сезонным эффектом.
Гарольд Мазурски из группы ISS заметил, что если мы хотим узнать, на что похоже это экстраординарное и удивительное небесное тело, нужен орбитальный радар – такой, как предложенный для Венеры проект VOIR. В 1989 г. VOIR стартовал к Венере под именем «Магеллан», а в 2004 г. «Кассини», оснащенный радиолокатором, прибыл в систему Сатурна и действительно раскрыл тайну Титана.
Над Титаном «Вояджер-1» «окунулся» в его магнитосферный след – область, где ионы и электроны имели меньшую энергию и скорость, но большую плотность. Здесь, на дистанции в 1,2 млн км от планеты, заряженные частицы двигались вдоль линий магнитного поля со скоростью до 200 км/с [75], но в «тени» Титана она падала до 50 км/с, а плотность частиц увеличивалась на порядок. Ученые подсчитали, что спутник «работает» как своеобразная динамо-машина: при движении во вращающейся быстрее его магнитосфере Сатурна вырабатывается напряжение 6000 В при мощности 20 МВт!
Признаков собственного магнитного поля Титана найдено не было – его сила не превышала одной тысячной от земной. После прохождения спутника стало слышно радиоизлучение мощностью 20 кВт в диапазоне 30–100 кГц, причем только от полушария, обращенного к Сатурну. Позднее, впрочем, оказалось, что спутник тут ни при чем.
Через семь минут после максимального сближения «Вояджер-1» вошел на 12 минут в радиотень Титана, что позволило прозондировать давление, температуру и состав атмосферы спутника и характеристики его ионосферы. Дождь в Мадриде начался аккурат перед пролетом и продолжался еще полчаса после, но, так как на этот раз нужно было слушать только частоту немодулированного сигнала, отношение сигнал/шум было в 30 раз выше и обошлось почти без потерь. Данные записывались на пленку в Себреросе для последующей доставки в США и были обработаны через несколько дней; результаты заметно отличались от переданных «Пионером».
«Вояджер-1» вышел из радиотени на 43 секунды раньше расчетного; это означало, что аппарат отклонился от расчетной траектории пролета Титана на 200 км и что нужно срочно пересчитывать уставки для съемки спутников. По отклонению момента радиозахода от расчетного (на 60 секунд) и по промежутку времени между прекращением и восстановлением связи (732 секунды) был сразу же уточнен радиус твердой поверхности Титана – 2560 ± 26 км. Над нею примерно до высоты 280 км простирались невидимые облака и слои дымки, непрозрачные для наблюдений с Земли.
