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

При разработке программы исследований изучение радиационной обстановки имело больший приоритет, чем съемка. Разработчики знали, что аппарат может погибнуть, выполняя их задание по измерениям в магнитосфере и радиационных поясах планеты. Поэтому все основные сеансы IPP планировались до момента пролета Юпитера, а уж дальше – как получится. Кстати, и траекторию выбрали так, чтобы на подлете планета и ее спутники были освещены полностью, а на отлете – лишь частично.

Прибор работал по восемь часов в сутки до 26 ноября – в тот день провели последний перед встречей маневр ориентации антенны HGA на Землю, а до 12 декабря – уже круглосуточно. На самом деле не совсем круглосуточно. Несколько сеансов на 64-метровой калифорнийской антенне и, в частности, 27 ноября и 10 декабря, пришлось уступить полностью или на почасовой основе команде «Маринера-10». Их аппарат стартовал 3 ноября 1973 г. и должен был проверить свою камеру в съемках Земли и Луны на отлете. Еще немного ресурсов «отщипнул» проект «Викинг» – на ноябрь пришелся оптимальный период радиолокационной съемки выбранных мест посадки на Марсе.

Без участия Земли фотополяриметр IPP работать просто не мог. Инструмент, созданный в Аризонском университете под руководством Томаса Герелса, представлял собой фотометр и поляриметр на базе телескопа апертурой 25,4 мм и фокусным расстоянием 86,4 мм. В режиме планетной съемки использовалась оптическая схема с мгновенным полем зрения 0,5 мрад (1,7´) и с регистрацией в двух каналах, красном и синем[30]. Каждая линия сканирования формировалась за счет вращения аппарата в пределах угла 14°. Так как «Пионер» летел «на боку» относительно планеты, эта линия была вертикальной по отношению к экватору Юпитера, но ее все равно называли строкой.

За 0,5 секунды, необходимые для поворота на указанный угол, снимались 1015 отдельных измерений – 508 в синем канале и 507 в красном. Они оцифровывались с 6-битным разрешением (64 градации яркости) и записывались в буфер длиной 6144 бита, откуда за оставшуюся часть оборота считывались и передавались на Землю. С учетом периода вращения КА вокруг оси – около 12,5 секунд – скорости в 1024 бит/с хватало для передачи и видовой информации из буфера фотополяриметра, и всех остальных данных примерно такого же объема.

Поперечную развертку изображения обеспечивали либо шаговый двигатель прибора, постепенно поворачивающий телескоп в пределах 14° по углу места, либо пространственное движение самого «Пионера». Но какое же это было медленное дело… пять строк в минуту, от 25 до 110 минут на один кадр, в зависимости от сюжета!

Специальная наземная система, созданная группой Ральфа Бейкера из Аризонского университета, собирала отдельные пиксельные линии в снимки планеты. Из красного и синего кадров искусственно синтезировался зеленый, а из всех трех – цветной снимок. За демонстрацию фотографий Юпитера в реальном времени, пусть даже с пропусками строк, сбоями и искажениями, сан-францисское отделение Национальной академии телевизионных искусств присудило проекту «Пионер» премию Emmy.

Угловое разрешение IPP было лишь немного хуже, чем у человеческого глаза. Поэтому прибор показывал планету примерно такой же, какой увидел бы ее человек на борту «Пионера-10». Число линий и, соответственно, необходимое время съемки кадра определялись угловым размером Юпитера в заданный день и час. Так, 16 ноября видимый размер планеты сравнялся с Луной, и ее диск разрешался примерно на 18 строк, а к 24 ноября он уже соответствовал 30 строкам разложения.

26 ноября в 20:30 UTC на расстоянии 109 радиусов Юпитера[31] аппарат вошел в ударную волну, которая формировалась в солнечном ветре при встрече с планетой и ее магнитосферой. Шесть приборов из 11 в это время резко изменили свои показания. Скорость солнечного ветра сразу снизилась вдвое, с 450 до 250 км/с, а вот энергия частиц подскочила на порядок – с 50 000 до 500 000 К, если характеризовать ее абсолютной температурой плазмы[32]. Размеры возмущенного Юпитером пространства потрясали – порядка 25 млн км в плоскости эклиптики!

Ровно сутки потребовались «Пионеру-10», чтобы пересечь магнитослой – зону за ударной волной, где солнечный ветер постепенно меняет направление и отворачивает в стороны. 27 ноября в 20:30 на отметке 96 радиусов Юпитера аппарат прошел магнитопаузу – границу магнитосферы планеты. Давление магнитного поля Юпитера и плазмы в нем сравнялось с давлением солнечного ветра, который уже не мог проникнуть ближе к планете.

29 ноября аппарат миновал все внешние спутники и вступил во внутреннюю область системы Юпитера. Однако на следующий день случился резкий спад магнитного поля и радиационных измерений: это солнечный ветер усилился и оттеснил магнитопаузу ближе к планете!