Сказка о небесных механиках, заставивших небесных гигантов играть в футбол

Ник. Горькавый

____________________

Научные сказки Ник. Горькавого см. «Наука и жизнь» №№ 11, 12, 2010 г.; №№ 1-6, 9, 11, 2011 г.; №№ 6-9, 2012 г.

«Наука и жизнь» № 10, 2012

.

Как только астрономы доказали, что пять ярких светил, двигающихся по звёздному небу, такие же планеты, как и наша Земля, — начала свой рассказ принцесса Дзинтара, — сразу возникли жгуче-интересные вопросы: есть ли жизнь на Марсе, растут ли джунгли на Венере, похожи ли многочисленные спутники Юпитера и Сатурна на нашу безжизненную Луну, или там кто-нибудь живёт?

Земные телескопы мало помогали в изучении инопланетной жизни: даже на Марсе, который лучше всего виден с Земли, различали лишь полярные шапки, а насчёт остальных деталей — существования марсианских каналов или сезонных изменений цвета марсианской поверхности — велись ожесточённые споры. Запуски космических спутников и межпланетных аппаратов открыли возможности для прямого исследования других планет, о чём астрономы давно мечтали.

В Солнечной системе есть четвёрка ближайших к Солнцу, так называемых внутренних, небольших по космическим меркам и твёрдых планет — Меркурий, Венера, Земля и Марс — и четвёрка внешних газовых планет-гигантов — Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун.

— В нашей системе есть ещё астероиды и кометы, — уточнил Андрей.

— А что такое газовые планеты? — спросила Галатея, хитро прищурившись. — Они надуты газом, как воздушные шары?

— Нет, но эти планеты почти полностью состоят из водорода. Когда-то его собралось так много, что он поймал себя в ловушку собственной гравитации. Камни, падающие на такие планеты, проваливаются сквозь мощную водородную атмосферу, попадают в океан из жидкого водорода и тонут в нём. В конце концов они собираются в небольшое каменное ядро, которое есть в центре каждой газовой планеты.

— Значит, там внутри всё-таки твёрдая поверхность! — воскликнула Галатея.

— В центре газовых планет так жарко, что всё твёрдое, что туда попадает, быстро плавится. Но мы мало знаем о строении подобных планет. В ХХ веке русские и американцы запустили полсотни межпланетных научных аппаратов. Почти все они нацеливались на ближайшие к Земле планеты — Венеру и Марс, потому что внешние планеты-гиганты гораздо более труднодоступны.

Дело в том, что Земля «сидит» в середине гравитационной ямы, из которой спутникам и ракетам трудно выбраться. Солнце тоже окружено гравитационной ямой, ещё более глубокой и обширной. Чем дальше от Земли располагается внешняя планета, тем выше по «склону» гравитационной солнечной ямы приходится забираться аппарату-исследователю.

Изучение внешних планет-гигантов сулило самые невероятные открытия, ведь каждая из них обладала системой спутников, а широкие и плоские кольца Сатурна сотни лет волновали умы астрономов как самые загадочные объекты Солнечной системы.

Для отправки робота-исследователя на самые окраины Солнечной системы нужна была очень мощная ракета-носитель. Понимая, что много денег на разработку новой ракеты не дадут, астрономы пошли на хитрость: они решили заставить могущественных небесных гигантов, названных в честь античных богов Юпитером, Сатурном, Ураном и Нептуном, «сыграть в футбол». В качестве «мяча» должен был выступить космический аппарат весом в восемьсот килограммов. Вбросить «мяч» на космическое футбольное поле учёные предполагали с помощью ракеты среднего класса.

В 1977 году планеты располагались очень благоприятно с точки зрения точной астродинамики. Поэтому астрофизики смогли рассчитать такую траекторию «мяча», чтобы Юпитер «пнул» подлетающий к нему космический аппарат весом почти в тонну и направил его к Сатурну. Сатурн должен был «отфутболить» аппарат к Урану, а тот — «отпасовать» его к Нептуну.

— Как это? — заинтересовалась Галатея.

— Встреча аппарата-мяча с очередной планетой-гигантом не только добавляла ему скорости, но и изменяла направление полёта в нужную сторону. Практически не затрачивая топлива, аппарат мог посетить четыре планеты. «Футбольная игра» космических гигантов должна была сократить время полёта до Нептуна с тридцати лет до двенадцати.

Конечно, точно рассчитать такую сложную траекторию с помощью небесно-механических уравнений Ньютона исключительно трудно. Здесь нужны современные компьютеры, ведь малейшая ошибка могла привести к отклонению от оптимального маршрута и запасов топлива маневровых двигателей было бы недостаточно для исправления траектории.

На основе идеи «космического футбола» небесные механики разработали проект запуска двух одинаковых космических аппаратов. Один из них — для исследования Юпитера, Сатурна и Плутона, другой — сразу четырёх планет: Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна.

Проект оценивался в семьсот пятьдесят миллионов долларов. Денег дали, но… в три раза меньше. Урезанный проект ограничивался лишь двумя самыми близкими планетами-гигантами: каждый из аппаратов должен был исследовать только Юпитер и Сатурн. Но туда уже летали межпланетные «Пионеры», а около Урана и Нептуна ещё ни один посланец с Земли не пролетал. Тогда учёные и инженеры пошли на очередную хитрость: фактически устроили межпланетный заговор! Они стали готовить аппараты, которые назвали «Вояджер», что значит «Путешественник», к разрешённому полёту к Юпитеру и Сатурну. «Вояджеры» должны были гарантированно работать в течение четырёх лет с момента старта. Хитрость заключалась в том, что делали их из таких деталей и устройств, которые могли прослужить дольше, чем четыре года, хотя и без гарантии. Запуск запланировали на время, оптимальное для полёта ко всем четырём планетам.

«Вояджер-2» стартовал 20 августа, а «Вояджер-1» — 5 сентября 1977 года. Аппарат, стартовавший вторым, получил первый номер, потому что он добрался до Юпитера раньше брата-близнеца — 5 марта 1979 года. «Вояджер-2» долетел до самой массивной планеты Солнечной системы только 9 июля. «Вояджер-1» первым побывал и у Сатурна — 12 ноября 1980 года, после чего сильно отклонился от эклиптики (плоскости вращения планет) и устремился в межзвёздное пространство. Второй аппарат долетел до окольцованной планеты лишь в августе 1981 года.