Нові горизонти де він зараз. Постфактум: все про Плутоні і місії «Нові горизонти. Забезпечення теплового режиму

ТАСС-ДОСЬЄ / Інна Клімачева /. 14 липня 2015 р вперше на близькій відстані від Плутона пролетів космічний апарат із Землі. Американська автоматична міжпланетна станція New Horizons максимально наблизилася до карликової планети на відстань 12,5 тис. Км.

Плутон

Це небесне тіло було відкрито 18 лютого 1930 р американським астрономом Клайдом Томбо (1906-1997).

Раніше Плутон вважався повноцінної дев'ятою планетою Сонячної системи, проте в 2006 р Міжнародний астрономічний конгрес оголосив його карликовою планетою.

Плутон віддалений від Землі на відстань приблизно в 5,7 млрд км. До відвідування New Horizons в розпорядженні вчених були тільки фотографії карликової планети, зроблені з навколоземної орбіти телескопом Hubble ( "Хаббл"; спільний американо-європейський проект). Раніше їх дозволяли розрізнити лише найзагальніші деталі поверхні.

Історія проекту

Автоматична міжпланетна станція New Horizons (з англ. "Нові горизонти") створена на замовлення Національного управління з аеронавтики і дослідженню космічного простору (НАСА; NASA) в Лабораторії прикладної фізики Університету Джонса Хопкінса (Johns Hopkins University; р Балтімор, штату Меріленд, США ).

Лабораторія також здійснює загальне керівництво місією New Horizons. За наукову апаратуру, встановлену на космічному апараті, відповідає Південно-Західний дослідний інститут (Southwest Research Institute; р Сан-Антоніо, штат Техас).

Роботи з проектування апарату почалися в кінці 1990-х рр., По створенню стартували в 2001 р Вартість проекту в 2006 р оцінювалася в $ 650 млн.

характеристики АМС

• Космічний апарат має форму неправильної призми.
• Його габарити - 2,2 x 2,7 x 3,2 м, загальна маса - 478 кг.
• Бортовий обчислювальний комплекс складається з двох систем - обробки команд і даних; навігації і управління. Кожна з них дублюється, в результаті на борту АМС чотири комп'ютери.
• Рухова установка включає 14 двигунів (12 - для орієнтації і два - для корекції), що працюють на гідразин.
• Енергозабезпечення здійснюється за рахунок радіоізотопного термоелектричного генератора (РІТЕГ), що використовує діоксид плутонію-238 (при запуску на борту знаходилося 11 кг радіоактивного палива, яке було закуплено у Росії).
• Потужність РІТЕГ - 240 ват, при підльоті до Плутона - близько 200 ват.
• Для зберігання наукової інформації передбачено два банки флеш-пам'яті загальним об'ємом 16 гігабайт - основний і резервний.

наукова апаратура

На апараті встановлено сім наукових приладів:

• ультрафіолетова камера-спектрометр Alice ( "Еліс");
• оглядова камера Ralph ( "Ральф");
• оптична телескоп-камера LORRI ( "Лоррі") з роздільною здатністю в 5 мікрорадіан (одиниця виміру кутового дозволу в астрономії), призначена для детальної та дальньої зйомки; радіоспектрометр REX ( "Рекс");
• аналізатор частинок SWAP ( "Своп");
• детектор частинок PEPSSI ( "Пепссі");
• детектор космічного пилу SDC ( "Ес-ді-сі").

Крім наукового обладнання, на борту АМС знаходиться капсула з частиною праху астронома Клайда Томбо, а також компакт-диск з іменами 434 тис. 738 землян, що беруть участь в акції НАСА "Пішли своє ім'я на Плутон".

Запуск і політ

New Horizons був запущений 19 січня 2006 р ракетою-носієм Atlas V ( "Атлас-5") з космодрому на мисі Канаверал (штат Флорида, США).

У квітні 2006 р космічний апарат перетнув орбіту Марса, в лютому 2007 р здійснив гравітаційний маневр у околицях Юпітера, в червні 2008 р пролетів повз Сатурна. У липні 2010 р провів зйомку Нептуна і його супутника Тритон, в березні 2011 р перетнув орбіту Урана, в серпні 2014 року - Нептуна.

У січні-лютому 2015 р New Horizons приступив до спостережень за Плутоном і його найбільшим супутником - Хароном. На початку квітня, наблизившись до планети на відстань в 113 млн км, автоматична станція передала на Землю фотографії. У травні були зроблені знімки його супутників - Гідри, Нікти, Кербера, Стикса, в червні - перші кольорові зображення Плутона і Харона (незважаючи на низький дозвіл знімків вдалося розглянути різницю в кольорі поверхонь небесних тіл, колірна гамма планети ближче до бежево-помаранчевої, супутник - сірий).

4 липня 2015 року на автоматичної міжпланетної станції стався комп'ютерний збій і з апаратом був втрачений зв'язок. АМС перейшла в безпечний режим і припинила збір даних. Через два дні, 6 липня, автоматична станція повернулася до нормального режиму роботи.

Зустріч з Плутоном

14 липня 2015 р New Horizons максимально наблизився до Плутона - на відстань 12,5 тис. Км. Через 14 хвилин космічний апарат виявився на мінімальному видаленні від Харона - 28,8 тис. Км. Однак сигнал-підтвердження про досягнення основної мети подорожі від нього був отриманий Землею тільки на наступний день - 15 липня.

Пролітаючи поруч з карликовою планетою, міжпланетний апарат проводив спостереження протягом 9 днів. Їм були вперше отримані детальні кольорові знімки Плутона і Харона (опубліковані у вересні 2015 г.), проведені дослідження атмосфери карликової планети.

Нових супутників Плутона, крім уже відомих п'яти, виявити не вдалося. Всі спостереження велися з пролітної траєкторії, через що в хорошому дозволі була сфотографована тільки частина поверхні Плутона. На орбіту карликової планети New Horizons не міг вийти з-за своєї великої швидкості - приблизно 14,5 тис. Км / с.

Планується, що New Horizons буде передавати зібрані дані до жовтня - грудня 2016 року (сигнали від нього доходять до Землі із запізненням на 4,5 години). До липня 2016 р передано вже понад 75% даних, зібраних космічним апаратом при прольоті поряд з Плутоном.

продовження місії

Після дослідження Плутона New Horizons відправився до інших об'єктів пояса Койпера, в який входить карликова планета. Пояс знаходиться в 5 млрд км від Сонця, за орбітою Нептуна, і складається з малих небесних тіл. Він був названий на честь американського астронома Джерарда Койпера, який висловив в 1950 р припущення про існування малих тіл за Нептуном.

У січні 2019 р як очікується, космічний апарат пролетить поблизу іншого об'єкта пояса - невеликого астероїда 2014 MU69 діаметром близько 45 км. Дослідження New Horizons об'єктів пояса Койпера продовжиться до 2021 р

Станом на 13 липня 2016 р автоматична міжпланетна станція знаходиться в польоті 10 років 5 місяців і 25 днів.

Очікуване закінчення роботи New Horizons - 2026 р

New Horizons може вважатися однією з найбільш амбітних місій НАСА останнього часу. Межпланетарная станції була запущена в січні 2006 року, а через рік вона виявилася у Юпітера. Гравітаційний маневр навколо планети-гіганта дозволив апарату прискоритися, і в підсумку практично за 8 років New Horizons долетів до Плутона, подолавши відстань у 32 рази більше, ніж від Землі до Сонця. відстань це дійсно колосальна, і інформація з передавальних пристроїв апарату надходить дуже повільно: десь 1 кілобайт в секунду. За очікуваннями фахівців НАСА, все спектографіческіе, фотографічні, ізометричні дані про Плутоні і його супутниках, які скупчилися на двох бортових флеш-накопичувачах, будуть передаватися більше року (близько 470 днів).

Його розмір більше, ніж очікувалося

Фотографія: NASA / JHUAPL / SWRI

Через його атмосфери (хоча і досить тонкої) вчені не могли встановити точні розміри Плутона. Адекватні дані були отримані тільки при достатньому наближенні до планети. New Horizons вказав його точний діаметр - 2370 км (для порівняння: це менше, ніж відстань від Москви до Омська). Але він виявився явно більше, ніж вважалося до цього. Відкриття тут же викликала хвилювання прихильників ідеї про те, що Плутон має бути знову визнаний повноцінної (а не карликової, який він вважається зараз) планетою.

Прихильники визнання Плутона карликовою планетою в свою чергу стверджували, що він лише один з багатьох подібних об'єктів в поясі Койпера (області, схожою на пояс астероїдів, де скупчився матеріал, що залишився після формування Сонячної системи) і навіть не найбільший з них - Еріда на той момент вважалася крупніше. Тому називати його планетою в повному розумінні слова, такий як, наприклад, Меркурій, недоречно. Але новий факт про те, що Плутон більше Еріду, навряд чи підірве аргументацію і дасть можливість оскаржити статус. Тим більше в поясі Койпера раз у раз знаходяться нові карликові планети, і деякі можуть виявитися більше і Плутона, і Еріду. Крім того, Еріда все ж більше Плутона по масі, так як вона набагато щільніше.

Справжній колір його поверхні

Фотографія: NASA / APL / SWRI

Мало хто зрозумів, що фотографії Плутона, що стали вірусними в соцмережах, не відображають реалістичні кольори ландшафтів планети. Кольори на знімках спеціально посилили за допомогою фільтрів, щоб показати різницю в будові поверхні. Це допомогло вченим зрозуміти хімічний склад льодів, а також оцінити вік геологічних об'єктів. Все це може в подальшому показати вченим, як космічна погода впливала на динаміку поверхні.

Якого кольору поверхню Плутона насправді? Ще в 2002 році, коли космічний телескоп Хаббл зробив знімки далекої планети, дослідники припустили, що вона має червоно-коричневий колір. Після того як детектори, встановлені на New Horizons, дали більш докладні кольорові зображення, ці здогадки підтвердилися. З'явилися і можливі пояснення: червонувато-коричневий колір, скоріше за все, став результатом хімічного процесу між молекулами метану в атмосфері Плутона і певним ультрафіолетовим випромінюванням, що випускаються Сонцем і далекими галактиками. Те ж саме явище спостерігається на супутнику Сатурна Титані і місяці Нептуна Тритоні.

Дивне відсутність кратерів

Фотографія: NASA / JHUAPL / SWRI

При більш детальному розгляді перших знімків поверхні особливо здивувало дослідників відсутність кратерів на Плутоні. Відомо, що більшість планет Сонячної системи повністю зриті вм'ятинами, що утворилися в результаті бомбардувань астероїдами. Планети без кратерів (або з мінімальним їх кількістю) - Земля, Венера і Марс - геологічно активні, тому що утворюються кратери закриваються всі новими і новими шарами породи.Таким чином, вчені припустили, що поверхня Плутона не може бути старше 100 млн років, що за геологічними мірками (сама планета сформувалася 4,5 мільярда років тому) відносно невеликий термін.

Можлива геологічна активність

Фотографія: NASA / JHUAPL / SWRI

Геологічна активність повинна чимось підживлюватися. Але що може підігрівати Плутон? На багатьох планетах (включаючи Землю) відбувається повільний процес розпаду радіоактивних матеріалів, які і забезпечують теплом надра. Але Плутон занадто малий для того, щоб вмістити досить цих матеріалів. Зазвичай малі планети з активною геологією, такі як, наприклад, супутник Юпітера Європа, нагріваються зсередини завдяки феномену приливної прискорення. Планета стискається і розтискається, як тенісний м'ячик, то наближаючись, то віддаляючись від більш великих об'єктів. Але навряд чи це відбувається з Плутоном, так як поблизу від нього немає ніяких великих планет, здатних впливати на нього.

Альтернативні гіпотези припускають, що у Плутона може бути підземний океан, який охолоджується, дуже і дуже повільно виділяючи тепло. Також, може бути, поверхня виявленого на планеті льоду є свого роду ковдрою, яке уповільнює швидкість, з якою втрачається внутрішнє тепло.

Всі ці питання представляють особливий інтерес, тому що відповіді на них можуть бути застосовні до багатьох інших планет.

Природа серця на Плутоні

Фотографія: dorkly.com

Камери New Horizons дали можливість розгледіти на Плутоні пляма у формі величезного серця. Ця романтична деталь сприяла вірусного розповсюдження фотографії по мережам.Було встановлено, що пляма-серце утворилося в результаті потужного зіткнення багато мільйонів років тому. Ймовірно, гігантська западина заповнена замерзлими газами - азотом, метаном та двоокисом вуглецю.

Також дослідників дуже здивували великі гірські масиви з льоду. Висота деяких вершин досягає 3 км, а це ще одна вказівка \u200b\u200bна можливу геологічну активність.

незвичайна атмосфера

Анімація, що імітує проліт над горами Плутона, яка була створена з фотографій New Horizons

Спектрометр New Horizons зміг вловити атоми азоту, які були частиною атмосфери Плутона. Причому знаходилися вони на відстані, перевищував сім радіусів карликової планети, - це набагато далі, ніж показують розрахунки. Ніяких інших елементів виявити не вдалося, з цього був зроблений висновок, що у Плутона найчистіша азотна атмосфера серед усіх планет Сонячної системи.

Дослідження частинок також призвело до висновку про те, що їх «втікання» з атмосфери відбувається швидше, ніж передбачалося. Про відтоку частини атмосфери було відомо і раніше, той же самий процес відбувався з Землею мільярди років тому. Вважається, що позбавлення від зайвої азоту сприяло розвитку життя на нашій планеті.

супутники

Фотографія: NASA / JHUAPL / SWRI

Під час прольоту New Horizons були зібрані дані і детальні зображення п'яти місяців Плутона, в тому числі Харона, найбільшого з них. До цього об'єкти представлялися лише тьмяними точками світла.

Харон, який вважався безликим кулею з льоду, виявився цілим світом зі скелями, западинами, глибокими ущелинами (одна з них глибше, ніж Великий каньйон). Хоча супутник має кратери, їх також менше, ніж очікувалося, а значить, є і шанси на наявність геологічної активності.Супутник має велике таємниче темна пляма, яке дослідники вважали повною несподіванкою. Ймовірно, це кратер, утворений колись дуже давно, а за довгий час він міг заповнитися газами.

Фотографія: NASA / JHUAPL / SWRI

Цікаві подробиці стали відомі про ніхто і Гідрі - ще двох з п'яти супутників. Нікс, нагадує фруктову жуйку розмірами 42 на 36 км, має загадкову червону пляму (за припущеннями - кратер), а Гідра за формою схожа на гігантську сіру рукавицю 55 на 40 км. Фотографії двох інших супутників, Кербера і Стикса, будуть отримані тільки до середини жовтня.

\u003e Хронологія

Ракета-носій: Атлас V 551 перший етап; Кентавр другий етап; STAR 48B третій етап

Місцезнаходження: Мис Канаверал, Флорида

траєкторія: До Плутона за допомогою сили тяжіння Юпітера.

шлях

Початок подорожі: Перші 13 місяців - витяг космічного апарату і включення приладів, калібрування, невелика корекції траєкторії за допомогою маневрів і репетиція зустрічі з Юпітером. Нові горизонти пройшов орбіту Марса 7 квітня 2006 року; він також відстежував невеликий астероїд, названий пізніше "APL", в червні 2006 року.

Юпітер: Найближчий підхід стався 28 лютого 2007 року на швидкості 51000 миль в годину (близько 23 кілометрів на секунду). Нові горизонти летів в 3 -4 рази ближче до Юпітера, ніж космічний корабель Кассіні, що знаходиться в межах 1,4 млн. Миль (2,3 мільйона кілометрів) через великого розміру планети.

Міжпланетний круїз: під час приблизно 8-річного подорожі до Плутона, були включені і протестовані всі прилади космічного апарату, коректувалася траєкторії курсу і репетирували зустріч з далекої планетою.

Під час круїзу, нові горизонти також побував на орбітах Сатурна (8 червня 2008 року), Урана (18 березеня 2011 року) і Нептуна (25 серпня 2014 року).

система Плутона

У січні 2015 року, Нові горизонти почав перший з кількох етапів заходу на посадку, який завершиться першим великим обльотом Плутона 14 липня 2015 року. У найближчому підході, корабель пролетить на відстані близько 7750 миль (12500 кілометрів) від Плутона і 17,900 миль (28,800 км) від Харона.

За Плутоном: Пояс Койпера

Космічний корабель має можливість літати за межами системи Плутона, і досліджувати нові об'єкти Пояси Койпера (ОПК). Він несе додаткову гидразину палива для прольоту до ОПК; система зв'язку апарату призначена для роботи навіть далеко за орбітою Плутона, а наукові прилади можуть функціонувати в умовах гірше, ніж в тьмяному сонячному світлі на Плутоні.

Таким чином, команді Нові Горизонти довелося зробити спеціальний пошук малих тіл в системі КБО, яких корабель міг би досягти. На початку 2000-х років, Пояси Койпера не було навіть виявлено. Національна академія наук направить Нові горизонти летіти до малих ОПК від 20 до 50 кілометрів (близько 12 до 30 миль) в поперечнику, які, швидше за все, примітивні і менш інформативні, ніж планети, такі як Плутон.

У 2014 році, використовуючи космічний телескоп Хаббл, члени наукової команди Нові Горизонти виявили в межах ОПК три об'єкти - все по 20-55 кілометрів в діаметрі. Можливі дати їх прольоту - в кінці 2018 або в 2019 році на відстані мільярд миль від Плутона.

Влітку 2015 року, після обльоту Плутона, команда Нові Горизонти буде працювати з НАСА, щоб вибрати найкращого кандидата серед трьох. Восени 2015 року, оператори в оптимальний час запустять двигуни на борту Нові Горизонти, щоб звести до мінімуму паливо, необхідне для досягнення обраної мети та початку подорожі.

Всі польоти НАСА прагнуть робити більше ніж просто розвідку їх основних цілей, тому їм відправлена \u200b\u200bпрохання про фінансування розширеної місії. Пропозиція вивчити додатково ОПК висунеться в 2016 році; воно буде оцінюватися незалежною групою експертів, щоб дізнатися всі переваги такого кроку: команда буде аналізувати здоров'я космічного корабля і його інструментів, внесок для науки, який можете зробити в ОПК апарат Нові Горизонти, вартість польоту і досліджень цільової точки в Поясі Койпера, і багато іншого .

Якщо НАСА затвердить такий крок, Нові Горизонти почне нову місію в 2017 році, а його команді дасть час на планування зіткнення, яке відбудеться один-два роки пізніше.

І повідомили про успішне здійснення історичного прольоту Плутона. Звичайно, після даної події апарат ще деякий час будуть стежити за його системою, проте з кожним днем \u200b\u200bвін буде віддалятися від мети на мільйони кілометрів, і досить скоро вже піде від неї на таку відстань, що не зможе зібрати нової суттєвої інформації. Так що ж буде з «Новими горизонтами» далі?

Ну, для початку апарат чекає тривалий період передачі зібраних під час прольоту даних на Землю. Ретрансляція основної інформації почнеться у вересні 2015 і затягнеться майже до кінця 2016 року, що не дивно, враховуючи те, що швидкість передачі даних буде менше 1 кбіт / с. Проте до жовтня 2016 року, цілком всі зібрані апаратом дані будуть передані на Землю, так що виникає питання про те, що він буде робити після цього.

Ресурси місії обмежені двома факторами. Перший - це запас гідразину (77 кілограм на момент старту), який дозволяє коригувати траєкторію апарату в діапазоні приблизно 1 градус. Якщо комусь цікаво чому «Нові горизонти» не залишилися на орбіті Плутона - так це тому, що ні 77 ні навіть 777 кілограмів гідразину не вистачило б, щоб погасити швидкість 14 кілометрів на секунду, з якої зонд промчав через систему Плутона. Якщо вірити розрахункам в даній статті, то для того щоб загальмувати і вийти на орбіту Плутона апарату потрібно було б мати запас в 232 тонни (!) Гідразину. Думаю не треба пояснювати наскільки це перевершує можливості сучасної техніки.

Другим критично важливим ресурсом місії є енергія. Її виробляє радіоізотопний термоелектричний генератор (РІТЕГ). Ріттег «Нових горизонтів» містить близько 11 кілограмів Плутоній-238, при розпаді якого виділяється тепло яке потім перетворюється в електроенергію. На момент старту місії в 2006 році РІТЕГ «Нових горизонтів» генерував близько 250 Вт; після майже десяти років польоту ця цифра знизилася приблизно до 200 Вт. На жаль, енергоустановки «Нових горизонтів» помітно слабкіше, тих що використовуються на «Вояджер» і «Кассіні». Якщо говорити вже зовсім точно, то РІТЕГ «Нових горизонтів» це запаска, що залишилася від місії «Кассіні» (всього на його борту досліджує Сатурн апарату знаходиться три таких генератора, так що можете оцінити різницю). Передбачається, що енергії «Новим горизонтів» вистачить приблизно до 2026, максимум 2030 року, після чого через напіврозпаду Плутоній-238 і поступової деградації термопари генерується РІТЕГ потужність впаде настільки, що апарат не зможе більше підтримувати зв'язок із Землею.

Виходячи з цих обмежень, апарат неможливо направити до якогось великого тіла в поясі Койпера - Еріда, Макемаке і Хаумеа знаходяться занадто далеко від того сектора, який доступний «Новим горизонтів». Однак як відомо, пояс Койпера складається не тільки з карликових планет - в ньому є велика кількість дрібних об'єкти, які також були б вельми цікаві для вивчення. Під час підготовки місії, конструктори виходили з того, що навіть з урахуванням всіх обмежень по паливу і енергії, після прольоту Плутона статистично повинен знайтися хоча б один підходящий об'єкт, який буде знаходитися на шляху «Нових горизонтів» на відстані не більше 55 а.е . від Сонця (якщо він буде перебувати далі, то швидкість передачі даних з такої дистанції буде занадто мала, щоб встигнути ретранслювати інформацію на Землю до того, як у апарату сяде плутонієва батарейка).

Однак до пори до часу астрономам не вдавалося знайти відповідних цілей. Лише за допомогою телескопа «Хаббл» влітку минулого року нарешті вдалося п'ять потенційних кандидатів для візиту, з яких до теперішнього часу залишилося два об'єкти, відомих як 2014 PN 70 (колишній PT3) і 2014MU 69 (колишній PT1).

2014 PN 70 має діаметр від 35 до 120 кілометрів. Згідно з попередніми розрахунками для того, щоб досягти його, апарату потрібно використовувати близько 75% залишається у нього гідразину. В цьому випадку, візит До 2014 PN 70 відбудеться в червні 2019 року, коли 2014 PN 70 буде знаходитися на відстані 44 а.о. від сонця.

2014 MU 69 має діаметр від 30 до 90 кілометрів. Згідно з попередніми розрахунками для того, щоб досягти його апарату потрібно використовувати близько 35% залишається у нього гідразину. Якщо буде прийнято рішення летіти до нього, то «Нові горизонти» досягнуто 2014 MU 69 в січні 2019 року, коли об'єкт буде знаходитися на відстані 43.4 а.о. від сонця.

На жаль, у апарата не буде можливості відвідати обидва об'єкти, так що керівникам місії доведеться вибирати до якого з них летіти. З наукової точки зору, 2014 PN 70 виглядає більш перспективно, бо він більше 2014 MU 69 (на жаль їх точні розміри зараз неможливо визначити через їх занадто малих розмірів і великої віддаленості від Сонця) і отже цікавіше. Однак якщо летіти до нього, «Нові горизонти» витратять майже всі решта пального і цей об'єкт практично стовідсотково стане останнім вивченим ними.

2014 MU 69 менше, проте його досягнення зажадає всього третину наявного палива, що залишає теоретичну можливість після прольоту відправити апарат ще до одного об'єкту пояса Койпера. Однак імовірність цього не надто велика. По-перше, знайти наступну мету для «Нових горизонтів» може лише «Хаббл», однак це зажадає від нього великих витрат часу. Оскільки місій обслуговування до «Хабблу» більше не буде і рано чи пізно він вийде з ладу, час його спостережень стає все більш і більш цінним ресурсом, який не так то й просто отримати. По-друге, у «Нових горизонтів» буде ще менше палива, а мета повинна буде знаходитися на відносно невеликій відстані, щоб встигнути до неї до того, як РІТЕГ апарату перестане виробляти необхідну кількість енергії.

Підсумкове рішення про те, куди саме полетять «Нові горизонти» буде прийнято в серпні, а сам маневр корекції курсу відбудеться в листопаді 2015 року. Звичайно варто згадати, що місії також необхідно буде отримати фінансування на своє продовження, але думаю з цим проблем не буде: не для того вони засилали апарат в таку далечінь і витратили стільки орбіт «Хаббла» на пошук нових цілей, щоб в останній момент все зупинити . Так що досить скоро ми повинні дізнатися який же з двох об'єктів пояса Койпера буде обраний для подальшого вивчення.