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

Примерно через 16 минут после перицентра «Пионер-10» скрылся за Ио, в 03:43 UTC зашел на 65 минут за Юпитер, а в 04:19 погрузился на 51 минуту в тень планеты.

Заход зонда за планету произошел над параллелью 26° с.ш., восход – над 58° с.ш., в первом случае вблизи вечернего терминатора, а во втором – примерно над утренним. В результате радиопросвечивания слои ионосферы Юпитера были обнаружены до высоты 4000 км, плотность заряженных частиц достигала 0,3 млн в 1 см³, а их энергия превышала ожидаемую впятеро.

В ходе радиозатмения Ио (а оно получилось!) была обнаружена собственная ионосфера спутника – простирающаяся на 700 км, с максимумом концентрации заряженных частиц между 60 и 140 км, а вдоль орбиты Ио – водородное облако. Из наличия и плотности ионосферы вывели, что спутник имеет и слабую атмосферу высотой до 110 км. По отражающим свойствам Ио специалисты Центра космических полетов имени Маршалла заключили, что вещество, ответственное за ее аномальную яркость и сильные линии поглощения, – это сера. Доказательства пришлось ждать шесть с лишним лет.

Навигационные измерения показали, что Ио тяжелее табличного значения примерно на 23 % и имеет среднюю плотность 3,5 г/см³. Плотность Европы определили в 3,07, Ганимеда – в 1,93, а Каллисто – в 1,65 г/см³. Это означало, что с удалением от планеты галилеевы спутники содержат все меньше силикатных пород и все больше льда.

Масса Юпитера превышала земную в 317,8 раза и была распределена равномерно, как у жидкого тела, быть может, с небольшим твердым ядром. Основным материалом планеты был жидкий водород, приобретающий с глубиной металлические свойства, с добавкой примерно 15 % гелия. Глубина атмосферы была примерно 1000 км.

Съемки и регистрация радиосигнала при заходе и выходе позволили уточнить размеры планеты. Полярный радиус до вершин облаков на уровне давления 0,8 атм оказался равен 67 758 км, а экваториальный получился 71 398 км вместо прежней оценки 71 372 км.

«Пионер-10» исследовал состав верхней атмосферы Юпитера, в которой нашел ожидаемые и известные водород, гелий, аммиак, метан и ряд малых компонентов – дейтерий, этилен и ацетилен. Соотношение гелия к водороду определили в 0,14, то есть близкое к 0,11 у Солнца. Теоретической модели структуры Юпитера эти и другие результаты не противоречили.

Аппарат составил тепловую карту планеты, выявив области более теплые (136 К) и более холодные (127 К). Более яркие, окрашенные розово-желтым, зоны предстали областями подъема теплого и влажного воздуха из глубины, а более темные, коричнево-серые, пояса – областями опускания холодного воздуха. Большое Красное Пятно оказалось гигантским атмосферным вихрем – антициклоном, сформировавшимся не менее 400 лет назад. На снимках было найдено еще одно подобное образование на той же широте в северном полушарии, несколько вихрей поменьше, а также отдельные облака гигантских размеров.

Измерение яркостной температуры дало 145 К как на дневной, так и на ночной стороне. Не стоит удивляться нестыковке с предыдущим абзацем: разные приборы давали температуру для разных слоев атмосферы. Потом их данные свели воедино и записали, что на уровне давления 1 атм температура атмосферы составляет 165 К, при подъеме на 150 км до отметки 0,1 атм она снижается до 108 К, а затем начинает расти и на уровне верхушек облаков при давлении 0,03 бар достигает 150 К. Все как на Земле: тропосфера, тропопауза, стратосфера.

Удалось подтвердить уже известные данные о том, что Юпитер излучает больше энергии, чем получает от Солнца. ИК-радиометр дважды просканировал планету и дал соотношение излучаемой тепловой энергии к поступающей солнечной на уровне 1,9 ± 0,2, немного меньше, чем давали до того наземные измерения. Избыток между тем был внушителен – примерно 10¹⁷ Вт.

Температура поверхности Ганимеда по данным ИК-радиометра составила 125 К. Увы, никакого парникового эффекта не наблюдалось…

«Пионер-10» пересек магнитопаузу в направлении «наружу» 10 декабря и ударную волну – 12 декабря. Однако уже на следующий день Юпитер вновь «накрыл» его своей переменчивой магнитосферой, и так повторялось много раз. Лишь 18 декабря после 17 (!) погружений в ударную волну планета «отпустила» земной зонд окончательно.

Почтительной высоты пролета над планетой оказалось вполне достаточно для гравитационного маневра. Гелиоцентрическая скорость аппарата увеличилась с 9,9 км/с на подлете до примерно 22,3 км/с на отлете. Траектория стала гиперболической относительно Солнца, ее асимптота упиралась в точку в созвездии Тельца с галактическими координатами 83° долготы и +3° широты. «Пионер-10» первым из земных аппаратов отправился в бесконечное межзвездное путешествие.

Президент Ричард Никсон направил Исследовательскому центру имени Эймса поздравление с крупным научным достижением сразу после пролета, поздним вечером 3 декабря по американскому времени. «Пионер-10», по его словам, продемонстрировал, что возможности человека по исследованию небес находятся на пороге бесконечности.