Разведчики внешних планет. Путешествие «Пионеров» и «Вояджеров» от Земли до Нептуна и далее

24 октября 1979 г. NASA объявило, что «Пионер-11» сможет передавать научные данные до конца 1980-х гг., если не случится какого-нибудь неожиданного отказа. Пока же на нем выключили ИК-радиометр, не имеющий задач в межпланетном полете, и феррозондовый магнитометр, который был нужен только для измерения магнитного поля Юпитера. 25 сентября 1983 г. прекратили использовать детектор микрометеоритов MD. В феврале 1984 г. отключили фотополяриметр, но через некоторое время снова включили в качестве звездного датчика, фиксировавшего с тех пор медленную раскрутку КА (вплоть до 8,4 об/мин в феврале 1994 г.). 16 сентября 1987 г. сняли питание с детектора A плазменного анализатора.

Несмотря на потерю части приборов, «Пионеры» поставляли очень интересную информацию. Мы уже упоминали публикацию от 15 июля 1988 г., в которой первую роль играли Джон Михалов и Аарон Барнс из Исследовательского центра имени Эймса. Они сравнили результаты измерений скорости солнечного ветра на двух «Пионерах» и на «Вояджере-2» в 1985 г., в период минимума солнечной активности.

В это время «Пионер-10» и «Вояджер-2» двигались от Солнца примерно в его экваториальной плоскости, а вот «Пионер-11» после пролета Сатурна в 1979 г. ушел резко «вверх» и поднялся уже примерно на 15° выше по широте. Два экваториальных аппарата отмечали периодические «порывы» в скорости солнечного ветра – потока солнечных протонов и электронов плотностью около 5 частиц на 1 см³. Эта скорость резко возрастала, а потом быстро снижалась с периодом в 27 суток, то есть с частотой вращения Солнца вокруг оси. В июне 1985 г., однако, находившийся в 17,7 а.е. от светила «Вояджер-2» перестал регистрировать быстрый солнечный ветер, в то время как «Пионер-11», находившийся на расстоянии 19,0 а.е. от Солнца, продолжал «ощущать» его «порывы». Через некоторое время скорость потока солнечного вещества у «Вояджера-2» стала вдвое ниже, чем у «Пионера-11».

Так продолжалось до августа, когда замедление достигло «Пионера-10» на дистанции 36,2 а.е. от Солнца – вдвое дальше, чем у «Вояджера-2». В общем-то было понятно, что «медленные» частицы солнечного ветра, покинувшие корону Солнца в марте 1985 г., к началу июня достигли места нахождения «Вояджера-2», а в конце августа догнали «Пионер-10». Но почему «Пионер-11» продолжал видеть «быстрый» солнечный ветер, скорость которого даже выросла?[97]

Оказалось, дело в изменении структуры магнитного поля Солнца и его магнитосферы. Ученые знали, что быстрый солнечный ветер истекает через корональные дыры, распределение которых по диску светила меняется в течение 11-летнего солнечного цикла. В норме они находятся в высоких широтах и только вблизи максимума приближаются к солнечному экватору «языками» по 10–20° длиной. Вместе с дырами мигрируют и источники быстрого солнечного ветра (точнее, конечно, наоборот).

Структура магнитного поля Солнца также влияет на солнечный ветер. В норме оно образует два сектора – положительный и отрицательный, примерно соответствующих полушариям; в первом магнитные линии выходят из Солнца, а во втором – входят. Поверхность раздела двух секторов, нестабильная и неровная, опирается на магнитный «экватор» и уходит в пространство. Она называется токовым слоем, так как вдоль нее положительные заряды уходят от Солнца, а отрицательные – приходят.

В 1985 г., в конце 21-го солнечного цикла, северный сектор был отрицательным, а южный – положительным. «Пионер-11», находящийся в 15° севернее солнечного экватора, пребывал в отрицательном секторе большую часть времени, а с середины 1985 г. – постоянно. Как и в течение 1976 г., когда он шел к Сатурну высоко над эклиптикой, токовый слой ниже аппарата оказался сглажен и «прижат» к экватору. Наверху поэтому господствовал быстрый солнечный ветер. А область токового слоя – это по определению область медленного солнечного ветра. Именно в таких условиях продолжали лететь два остальных аппарата. Так удалось установить, что магнитное поле Солнца контролирует состояние среды вплоть до дистанции в 36 а.е.

В июне 1989 г. на 139-м симпозиуме Международного астрономического союза были представлены результаты Гэри Толлера из Центра космических полетов имени Годдарда. Проанализировав фотометрические данные обоих «Пионеров» после ухода из зоны околосолнечной пыли, он заключил, что 82 % фонового свечения неба приходится на очень слабые звезды, 17 % – на диффузный свет Млечного Пути, рассеянный на межзвездной пыли, и примерно 0,6 % приходит из-за пределов нашей Галактики.

Интересным побочным результатом стала оценка положения Солнца относительно плоскости Галактики исходя из свечения пыли с разных направлений. Оказалось, что мы «проживаем» примерно на 12 парсек выше этой плоскости. В целом же результаты Толлера подтвердили, что порядка 90 % материи во Вселенной не фиксируется по ее излучению.

Задержавшись на визит к Сатурну, «Пионер-11» вышел за орбиту Нептуна 23 февраля 1990 г. – на семь лет позже своего напарника и позже, чем оба «Вояджера».