Новые горизонты: начало

22 ноября в РГБ прошла лекция доктора Алана Стерна, научного руководителя миссии «Новые горизонты» NASA. Автоматическая межпланетная станция стартовала изучать Плутон и его спутник Харон 19 января 2006 года. Организаторами лекции в Москве выступили Политехнический музей и Российская государственная библиотека в рамках фестиваля «Политех360».

Фото: Мария Говтвань, РГБ

В выступлении Алана Стерна есть место человеческой истории, холодным фактам, завораживающим открытиям, недюжинному терпению и мечте о новых горизонтах. Ученых поразило, насколько сложна и разнородна геология Плутона. Он претерпел изменение плотности атмосферы, на его поверхности есть парящие озера, азотный снег, кратеры, следы торнадо, и всё это только предстоит изучить.

Началась лекция с поздравительного приветствия — Алан приехал на лекцию в свой день рождения, а рассказ о космической миссии — с личного. С экрана позади Стерна смотрел увлечённый ребенок, сумевший сохранить серьёзное намерение стать учёным.

«Я родился в том же году, когда Советский Союз запустил свой первый спутник. С раннего детства я точно знал, чем хочу заниматься. За прошедшие с тех пор 60 лет, прежде всего, усилиями двух стран — Советского Союза и Соединенных Штатов — мы успели так или иначе исследовать огромное количество космических объектов. Я всегда хотел быть учёным. Мне очень повезло, потому что родители всячески поддерживали меня и мои интересы. В школе я изучал физику, в университете — астрофизику и конструирование космических кораблей».

В рамках научных исследований Алан Стерн побывал на южном полюсе. Пять лет летал в качестве второго пилота и научного сотрудника на мощных самолетах f-18 и U-2. Входил в состав команды коммерческих проектов, например, World view, цель которого — использовать высоко летающие аэростаты для туризма. Участвовал в 29 проектах NASA, 14 из которых возглавлял. Но учёный говорит: «Новые горизонты — моя любимая миссия!»

Как всё начиналось

В том, чтобы подобраться ближе к планете, получить лучшее разрешение и качество фотографических и других материалов, и заключалась первичная задача исследовательской группы.

Первые исследования начались еще в 80-х, когда Стерн создал научную группу «Плутонный андерграунд». Тогда команда хотела убедить руководство NASA, что Плутон нужно серьезно изучать. «Это был амбициозный проект, потому что раньше никто такими вещами не занимался. NASA придумывало, что нужно отправляться на Марс, на Венеру, другие планеты. Не было такого, чтобы какая-то инициативная группа пыталась повлиять на исследовательскую повестку космического агентства. Работа была долгой — у нас ушло около 14 лет на то, чтобы привлечь необходимые средства. Потребовалась настоящая настойчивость, но мы искренне верили в важность того, что делаем, и добились успеха».

Подготовка

Плутон находится на расстоянии 5 миллиардов километров и летает по своей орбите вокруг солнца. По старым, похожим на пиксельные пятна, картинкам еще недавно изучали Плутон, писали научные работы. «В это трудно поверить, но вы должны понимать, что до того, как мы отправили Новые горизонты, лучший снимок Плутона выглядел так. Я его сделал сам, используя космический телескоп Хаббл».

В школе нас всех учили, что есть планеты внутри Солнечной системы, и те, которые отделены поясом астероидов от планет гигантов, и где-то далеко находится маленькая планета Плутон, которая летает по очень странной орбите. «В начале 90-х годов мы поняли, что Плутон — это не просто странная планета, когда открыли другие миры, образующие так называемый пояс Койпера — третью зону Солнечной системы. Это самая крупная структура в планетарной системе, о существовании которой мы не догадывались, а Плутон одна из самых ярких и крупных её представителей».

С открытия пояса Койпера началась новая эпоха в астрофизике. Заявки на исследование Плутона подавали и другие группы, но одобрили проект команды Алана Стерна в ноябре 2001 года.

Фото: Мария Говтвань, РГБ

Чтобы автоматическая станция «Новые горизонты» добралась до Плутона и при этом могла совершить сложный манёвр в районе Юпитера, учёным нужны были мощная ракета-носитель и точный расчёт. Команде пришлось ждать подходящего момента четыре года. Собственно, это было всё время на подготовку: проектирование, сборку, тестирование. «Мы работали без продыху. Когда я спрашивал у жены, сколько раз я выезжал на работу, она говорила — 232, и так работали все». По сравнению с другими проектами NASA, например, Вояджера готовили 8-10 лет, «Новые горизонты» получили лишь 1/5 бюджета и сжатые сроки. Учёным необходимо было придумать массу оригинальных и менее затратных решений для изучения карликовых планет.

Так «Новые горизонты» начали девятилетнее путешествие: долетели до Луны за девять часов, за год к Юпитеру, чтобы выполнить маневр, и восемь лет — до цели.

Сближение с Плутоном заняло один день, но команда занималась его подготовкой два года. Все восемь лет ожидания сближения команда дистанционно занималась управлением и контролем полёта, планированием возможных сценариев и стратегий.

Фото: Мария Говтвань, РГБ

О том, что узнали благодаря аппарату «Новые горизонты»

«Новые горизонты» облетели спутники Плутона, благодаря чему удалось сделать массу снимков и интересных открытий. Из-за космических масштабов материалы годами поступают и продолжают поступать с аппарата на Землю. Каждая такая пересылка — настоящий подарок для группы. Учёные получили обширные сведения о сложной и разнородной геологии Плутона. Поверхность его спутников состоит из водяного льда. Вдоль экватора Харона (самый большой и близкий спутник) разломная долина со следами метана и других газов. Учёные предполагают, что это оседающие на полюсах газы Плутона, и планируют проверить гипотезу на Земле в лаборатории. Большое количество кратеров на поверхности спутника говорит о древней природе космического объекта, он плюс-минус ровесник Солнечной системы.

Участок западной части Плутона — гигантский азотный ледник. На снимках также видно, что поверхность Плутона неровная. Это наблюдение подсказывает, что верхняя оболочка планеты твёрдая. Прежде существовала версия, что верхняя оболочка Плутона — это жидкий азот, но даже если данные подтвердятся, толщина азотного слоя не больше шести километров.

Секрет успешной миссии. Планы

Секрет успеха миссии, признаётся Алан Стерн, в сплочённой команде профессионалов. «Мы все хотели добиться чего-то выдающегося. У нас была возможность позвать лучших инженеров, учёных, операторов и менеджеров. Все хотели участвовать, потому что другие планеты более-менее исследованы, причём поколением наших родителей. Плутон оставался последней нормально не исследованной планетой. Подобрать высоко замотивированных людей было нетрудно. Все участники понимали, что другого такого проекта в их жизни может не быть никогда.

В день аппарат пролетал порядка 1,2 миллиона километров. Сейчас он продолжает лететь примерно с такой же скоростью и еще 10 лет будет лететь и отправлять данные. У аппарата всё хорошо, ему хватает топлива. У нас запланирован облёт объекта, который называется Ультима Туле и находится за самым дальним горизонтом. Этот облёт запланирован на 1 января, и я очень надеюсь, что вы будете следить с нами».

Фото: Мария Говтвань, РГБ

Увлекательное выступление закончилось, и будь у слушателей больше времени — состоялась бы еще одна лекция. Аудиторию интересовали и научные, и личные вопросы. Сколько запланировано сближений с объектами пояса Койпера и с какими? Любит ли Стерн научно-фантастический сериал Star Trek? Верит ли в существование и встречу с жизнью в других мирах?

Отвечая на вопросы, Алан Стерн упомянул, что часть плутония, использованного для получения ядерного топлива для полёта станции, имеет российское происхождение — запасы ресурса, полученные в ходе переговоров еще в начале 90-х годов.

«Во время сближения с Ультима Туле мы отстреляем массу данных и еще полтора года будем высвобождать место и отправлять информацию на Землю. И будем искать новую цель. Из пояса Койпера мы вылетим только в конце 20-х годов, и я надеюсь, что к этому моменту у нас будет достаточно топлива на борту, чтобы облететь ещё какой-нибудь объект. Мы сможем использовать датчики плазмы и счётчики пыли для того, чтобы исследовать среду в районе пояса Койпера. Аналогичные исследования проводил Вояжер, но наши инструменты гораздо чувствительнее. Этим и будем заниматься, пока в середине 30-х годов окончательно не закончится топливо».

Видеозапись лекции Алана Стерна: