Den Forschern des Jet Propulsion Laboratory wurde ihre stille Ruhe lange Zeit genommen. Aufgeregt von den Entdeckungen schliefen sie unruhig und als sie aufwachten, eilten sie zurück zum Flugkontrollzentrum der automatischen interplanetaren Station Voyager. Hier arbeiteten digitale Maschinen mit fabelhafter Geschwindigkeit und verwandelten Tausende von Informationen, die durch Raum und atmosphärische Störungen verzerrt wurden, in Telechronikrahmen, schlanke Grafiken und endlose Zahlenreihen. Menschen mit angehaltenem Atem betrachteten die Farbbilder des sich nähernden Saturns auf den Bildschirmen.
33 Millionen Kilometer blieb auf dem Weltraumaufklärungsplaneten. 4 Jahre sind seit dem Start auf dem Kosmodrom vergangen, und eine lange Straße erstreckt sich über 2 Milliarden Kilometer hinter der Voyager. Der gefährliche Asteroidengürtel mit seinen endlosen Strömen von Meteoritenkörpern wurde sicher überquert. Zerbrechliche elektronische Geräte hielten der starken Kälte des Weltraums und elektromagnetischen Stürmen in der Nähe des größten Planeten des Sonnensystems - Jupiter - stand.
Und voraus? Das Risiko von Kollisionen mit Felsen und Eisschollen in der Nähe von Saturn, bevor die Voyager zu ihrer 8-jährigen Reise zu den entferntesten Planeten - Uranus und Neptun - aufbricht.
… Ein grandioses Bild erschien vor den Augen derer, die im Kontrollzentrum waren. Saturn, gekrönt mit einer riesigen "Halskette", nahm bereits fast den gesamten Rahmen des Fernsehbildes ein. Ein goldgelber Planet mit gräulichen Polen und bunten Gürteln, die im Nebel kaum zu erkennen waren, raste und wirbelte im schwarzen Abgrund des Himmels.
Forscher richten ihren Blick auf die berühmten Saturnringe, die Astronomen seit mehreren Jahrhunderten heimsuchen.
Der große Galilei war der erste, der etwas Seltsames in der Erscheinung des Saturn bemerkte. Galileis Teleskop war zu schwach, und es schien dem Wissenschaftler, als hätte Saturn Griffe wie eine Zuckerdose. Nur ein halbes Jahrhundert später bewies Christian Huygens, dass die seltsamen Halbkreise an den Seiten des Planeten nichts anderes als dünne, aber sehr breite Ringe sind.
Die Entfernung zum Planeten beträgt 33 Millionen Kilometer. Auf dem Bildschirm sind drei Saturnringe zu sehen, die lange mit Hilfe von Teleskopen entdeckt wurden: A, B und C. In den Weltraumbildern kann man jedoch etwas sehen, das von der Erde aus nicht zu sehen ist. Zuallererst die Komplexität der Struktur der Ringe und ihre erstaunliche Farbe.
Der größte Ring - der äußere - funkelt silbrig, der mittlere ist leicht rötlich und der innere ist dunkelblau, er ist durchscheinend, wie aus dünner, kaum greifbarer Materie.
8 Millionen Kilometer. Nur ein Viertel der Hemisphäre des Saturn passt auf ein Fernsehbild. Auf der Seite des Planeten leuchteten zwei dicht aneinander gepresste Monde - Tethys und Dione. Aber die Wissenschaftler kehren beharrlich zum Studium der Ringe zurück. Nicht drei, sondern sieben ineinander verschachtelte Ringe sind sichtbar. Hier sind sie neu entdeckt: F - außerhalb des alten A, G - außerhalb des neuen F, E - der breiteste Ring, der am weitesten vom Planeten entfernt ist, D - der dem Saturn am nächsten liegt.
Aber was ist es? Beim Vergleich von Fotos sehen Experten, dass sich jeder der großen Ringe in viele schmale, kaum wahrnehmbare "Reifen" auflöst. Auf einem Foto wurden sie 95 gezählt! Selbst in der 4.000 Kilometer breiten schwarzen "Lücke" zwischen den Ringen A und B, die immer als leer erkannt wurde, haben Wissenschaftler Dutzende dünner "Reifen" gezählt.
2 Millionen Kilometer. Die Instrumente der Voyager zielen darauf ab, sich Titan, dem größten Saturnmond, schnell zu nähern. Er ist größer als der Planet Merkur. Die Begeisterung der Astronomen ist leicht zu verstehen. Titan ist der einzige Satellit im gesamten Sonnensystem mit einer starken Atmosphäre, die zehnmal dicker ist als die der Erde. Die Voyager flog in einer Entfernung von 6,5 Tausend Kilometern an Titan vorbei - 60-mal näher als die Entfernung von der Erde zum Mond. Und doch sahen die Wissenschaftler wenig auf dem Bildschirm - der dichte Nebel der Titan-Atmosphäre, ähnlich dem chemischen Smog, verhinderte.
1 Million Kilometer. Auf dem Bildschirm ist die blendend helle Rhea der zweitgrößte Saturnmond. Es ist alles mit Kratern übersät - die kontinuierliche Weltraumbombardierung dauerte Milliarden von Jahren. Ein weiterer Satellit, der in der samtigen Schwärze des Weltraums schimmerte, kam in das Blickfeld der Kamera. Dies ist Dione, die unserem Mond ähnlicher ist als andere Objekte im Saturn-System, aber die "Meere" auf Dione sind nicht mit erstarrter Lava bedeckt. Wassereis ist überall sichtbar, fest wie Stein. Das Netz aus weißen "Seilen" spricht von den Stellen, an denen das aus den Eingeweiden austretende Wasser sofort fest wurde und von einem heftigen Frost umgeben war. Die Oberflächentemperatur von Dione beträgt minus 180 °С - hier scheint die Sonne 900-mal dunkler als in der Erdumlaufbahn.
Der bisher unbekannte Satellit Saturn-12 (S-12) schwebt vor den Augen der Forscher. Überraschenderweise befindet es sich in der gleichen Umlaufbahn wie Dione. Gleichzeitig fliegt S-12 Dione immer im Abstand von 1/6 des Orbitalumfangs voraus. In der Himmelsmechanik wird ein solches Phänomen üblicherweise als Orbitalresonanz bezeichnet.
300 Tausend Kilometer. Date mit Saturn kommt bald. Von der linken Seite des Spähers erschien Mimas, als würde er seine Ankunft begrüßen. Er sieht seltsam aus. Vor Milliarden von Jahren kollidierte dieser Satellit mit einem großen Himmelskörper - eine Explosion kolossaler Kraft riss so viel Eis und Stein aus Mimas' Körper, dass sich ein Krater in 9 Tiefe und 130 Kilometer Breite bildete. Der Krater nimmt ein Viertel der Hemisphäre des Satelliten ein!
101 Tausend Kilometer. In dieser Entfernung trafen sich der Riesenplanet und der Bote der Erde und trennten sich. Saturn ist so groß, dass in den Stunden der nächsten Annäherung nur ein kleiner Fleck Wolkendecke im Fernsehbild zu sehen war. Überall sind Wolken von gelbbrauner Farbe, die für das Auge undurchdringlich sind. Zwischen den schwankenden weißen Streifen, Wirbeln und Halos verlaufen einige blaugrüne Flecken, so groß wie Grönland oder Australien – das sind „Fenster“, durch die Gaswirbel aus den Tiefen des Planeten durchbrechen.
Von allen Planeten im Sonnensystem ist Saturn nach Jupiter der zweitgrößte. Darin wäre genug Platz für dreihundert Globen. Aber die durchschnittliche Dichte des Riesen ist sehr gering - gäbe es irgendwo einen fantastischen endlosen Ozean, würde Saturn wie ein Korken auf seiner Oberfläche schweben.
Nach dem neuen Modell, das von Voyagers Instrumenten geschaffen wurde, erscheint uns der Planet als abgeflachte Kugel aus Wasserstoff und Helium an den Polen. Die mächtige Gashülle des Saturn geht mit zunehmendem Druck näher am Zentrum in einen flüssigen Zustand über. Flüssiger Planet bis ins Mark!
Und was ist mit dem festen Kern? Es ist so groß wie die Erde, hat aber eine 15-20-fache Masse. So hoch ist die Materiedichte im Zentrum des Planeten, wo der Druck 50 Millionen Erdatmosphären beträgt! Und die Temperatur beträgt + 20.000 Grad! Die flüssige Kugel kocht und in der oberen Wolkenschicht des Planeten herrscht eine starke Kälte. Wie kommt es zu diesem enormen Temperaturunterschied? Aufgrund der Weite des Planeteninneren und seiner kolossalen Schwerkraft brauchen Gasströme Hunderte von Jahren, um die Wärme aus der Tiefe auf die obere Wolkenschicht der Saturnatmosphäre zu übertragen.
Seltsamer Regen
Saturn strahlt dreimal mehr Energie in den Weltraum, als er von der Sonne erhält. Erstens entsteht Wärme durch die allmähliche Kontraktion des Gasriesen – sein Durchmesser nimmt pro Jahr um Millimeter ab. Darüber hinaus verfügt Saturn über eine weitere fantastische Energiequelle. Die glühende Sphäre des Saturn kühlt seit der Geburt des Sonnensystems ab. Nach Berechnungen von Astrophysikern sank der Druck im Inneren des Planeten vor 2 Milliarden Jahren in großer Tiefe unter den kritischen Punkt der Heliumkonzentration. Und es fing an zu regnen … Seltsamer Regen, der bis heute strömt. Heliumtropfen fallen viele tausend Kilometer in die Dicke von flüssigem Wasserstoff, dabei entsteht Reibung und Wärmeenergie.
Stürmisches Wetter
Unter dem Einfluss der schnellen Rotation des Planeten (jeder Punkt auf dem Äquator des Saturn bewegt sich 14-mal schneller als auf dem Äquator der Erde) wehen Winde von monströser Kraft in der mysteriösen Welt - an einem Ort zeichnete die Ausrüstung der Voyager die Geschwindigkeit der Wolken von 1600km/h. Wie gefällt Ihnen diese erfrischende Brise?
Die Kameraobjektive der Voyager gleiten in die südliche Hemisphäre des Saturn. Plötzlich erschien auf den Bildschirmen des Mission Control Centers ein zehntausend Kilometer langer ovaler Fleck - eine Kopie des Großen Roten Flecks auf dem Jupiter. Der Planet Erde kann frei in den Fleck passen. Aber dies ist nur ein tobender atmosphärischer Wirbel in der Atmosphäre des Saturn, der kein Ende hat.
Absturz
Die Voyager setzte ihren Flug am Saturn vorbei fort, als der Funkverkehr plötzlich unterbrochen wurde. Die Wissenschaftler machten sich keine Sorgen - Berechnungen zufolge verschwand das Gerät im "Radioschatten" des Planeten. Als der Scout von der anderen Seite des Saturn "auftauchte", wurde die Situation wirklich ernst. Der Lenkmechanismus der Drehscheibe mit Instrumenten ist verklemmt. Wäre es nicht möglich, die Nachtseite des Planeten zu fotografieren?! Schade, dass aufgrund einer technischen Störung das geplante Treffen mit den großen Satelliten - Enceladus und Tethys - abgesagt werden muss.
Signale vom Kontrollzentrum an den Bordcomputer der interplanetaren Station. Die Kontrolle über die Reparatur des Mechanismus wurde durch die kosmische Entfernung erschwert - die Verzögerungszeit des Funksignals zwischen Erde und Saturn beträgt 1,5 Stunden. Am Ende entsperrte das digitale Gehirn der Voyager die Zielerfassungsantriebe der Fernsehkameras, aber es ging Zeit verloren und nur Tethys lernte sich näher kennen.
Als sich das Gerät bereits mit einer Geschwindigkeit von 22 km / s vom Saturn entfernte, sahen Wissenschaftler in den Ringen des Saturn ein Gewitter. Blitze, die die Schattenseite beleuchten, werfen rote Lichter auf die Nachtwolken des Planeten …
Das Finale des Weltraumspiels
Die oben beschriebenen Ereignisse ereigneten sich 1980-1981, als zwei automatische interplanetare Stationen Voyager 1 und Voyager 2 am Saturn vorbeiflogen. Um Wiederholungen zu vermeiden, habe ich beschlossen, nicht separat darüber zu sprechen - alle Nachrichten über das Saturn-System, die von zwei Geräten auf die Erde übertragen wurden, unter dem Namen "Voyager" (keine Nummer) bedingt "in den Mund genommen".
Es wird ein wenig beleidigend zu erkennen, dass unsere Weltraumtechnologien nach drei Jahrzehnten auf dem gleichen Niveau geblieben sind.
Jede Nacht, wenn die Sonne untergeht und der sich verdunkelnde Himmel mit verstreuten Sternen bedeckt ist, sehen wir den Kosmos. Die Erforschung des Weltraums erfordert eine fantastisch ausgeklügelte Technologie, die auf den fortschrittlichen Errungenschaften der Raketentechnik, Elektronik, Nukleartechnologie und anderen wissenschaftsintensiven Zweigen der Wissenschaft und Technologie basiert. Daher erfordern Flüge interplanetarer Sonden trotz ihres scheinbar unrealistischen und fehlenden praktischen Nutzens die Lösung zahlreicher angewandter Probleme: die Schaffung leistungsstarker und kompakter Energiequellen, die Entwicklung von Technologien für die Fernkommunikation im Weltraum, die Verbesserung von Strukturen und Motoren, die Entwicklung neuer Methoden der Schwerkraftunterstützungsmanöver, einschließlich.h. mit Lagrange-Punkten. Diese gesamte Forschungsfront kann zur "Lokomotive" der modernen Wissenschaft werden, und die gewonnenen Ergebnisse können bei der Lösung dringenderer Probleme nützlich sein. Dennoch bleiben die meisten Probleme ungelöst.
Alle modernen, zaghaften Versuche, die äußeren Planeten zu erkunden (Ulysses-, Cassini-, New Horizons-Missionen) basieren alle auf den gleichen Technologien und Entwicklungen, die im Voyager-Projekt verwendet wurden. Seit 30 Jahren wurde kein einziger neuer Triebwerkstyp entwickelt, der für interplanetare Flüge geeignet wäre. Die als hochmoderne Hightech angepriesenen Ionentriebwerke der japanischen Forschungssonde Hayabusa beispielsweise sind in der Tat in Vergessenheit geratene Entwicklungen der Mitte des 20 meteorologische Satelliten Meteor. Zweitens sind Ionentriebwerke ein ziemlich spezifisches Werkzeug: Sie haben wirklich einen erstaunlich geringen Treibstoffverbrauch (einige Milligramm pro Sekunde), erzeugen aber dementsprechend einen Schub von mehreren Millinewton. Es dauert viele Jahre, ein Raumfahrzeug zu beschleunigen, und als Ergebnis wird kein wirklicher Nutzen erzielt.
Herkömmliche Flüssigkeitstriebwerke (LPRE) sind nicht nur sehr gefräßig - ihre Arbeit beschränkt sich auf Dutzende (Hunderte) von Sekunden, außerdem sind sie nicht in der Lage, das Raumfahrzeug auf die erforderliche Geschwindigkeit zu beschleunigen, um beispielsweise die erforderliche Geschwindigkeit zu erreichen Umlaufbahn des Saturn. Das grundlegende Problem besteht darin, dass der Gasdurchfluss zu gering ist. Und es ist nicht möglich, es in irgendeiner Weise zu erhöhen.
Der Höhepunkt der Mode in den 50er Jahren - das Kernstrahltriebwerk wurde mangels wesentlicher Vorteile nicht entwickelt. Trotz der unlöschbaren Flamme eines Kernreaktors benötigt ein solches Triebwerk ein Arbeitsfluid - d.h. Tatsächlich handelt es sich um ein konventionelles Flüssigtreibstoff-Raketentriebwerk mit allen sich daraus ergebenden Konsequenzen und Nachteilen.
Die ursprüngliche Art, mit den Impulsen nuklearer Explosionen im Weltraum zu reisen, die 1957 von Freeman Dyson (Projekt Orion) vorgeschlagen wurde, blieb auf dem Papier - zu gewagt und ehrlich gesagt eine zweifelhafte Idee.
Die "Eroberer des Weltraums" (hier ist es ironisch in Bezug auf die gesamte Menschheit) für 50 Jahre des Weltraumzeitalters waren nicht in der Lage, einen effektiven Motor für die Bewegung im interplanetaren Raum zu schaffen. Wir hätten weder Jupiter noch Saturn gesehen, wenn nicht von Spezialisten der Himmelsmechanik der Hinweis gegeben worden wäre, die Schwerkraft der Planeten zu nutzen, um das AMS zu beschleunigen. "Interplanetares Billard" ermöglicht es Ihnen, ohne Motor enorme Geschwindigkeiten (15-20 km / s) zu erreichen und die Randgebiete des Sonnensystems zu erkunden. Das einzige Problem sind die streng begrenzten "Startfenster" - alle paar Jahre einige Tage (Wochen). Kein Platz für den kleinsten Fehler. Lange Flugjahre und ein paar Stunden für ein Rendezvous mit dem Forschungsobjekt.
Mit Hilfe von Gravitationsmanövern flog "Voyagers" nach dem gleichen Schema, die moderne Sonde "New Horizons" fliegt nach Pluto, aber nur um das Sonnensystem zu durchqueren, wird es 9 Jahre dauern. Und dann hat die Expedition nur einen Tag Zeit, um einen fernen Planeten zu erkunden! Die Sonde wird mit großer Geschwindigkeit an Pluto vorbeirauschen und für immer im interstellaren Raum verschwinden.
