Рис. 1.

Пять космических аппаратов (КА), запущенных НАСА в разное время, достигли самых дальних областей Солнечной системы. Полет Пионера-10 длится уже 45 лет, Пионера-11 – 44 года, Вояджера-1 и Вояджера-2 - юбилейные 40 лет, а КА «Новые горизонты» запущен 11 лет тому назад (рис. 1).

   Все эти годы перечисленные космические аппараты проводили исследования Солнечной системы. Пионер-10 впервые пересек пояс астероидов, впервые достиг Юпитера, удаленного от Солнца на расстояние 5.5 а.е. (1 а.е. = 150 млн. км), и полетел дальше, сообщая на Землю сведения о межпланетном пространстве. Связь с ним длилась 30 лет и прекратилась в 2003 г.

   Пионер-11 также передал данные о Юпитере, первым достиг Сатурна и продолжал полет, его сигналы передавались до 1995 г. Орбиты этих аппаратов предвычислены с учетом стартовой скорости и скорости, полученной в результате проведенных гравитационных маневров вблизи больших планет, так что дальнейший их путь известен и ведет к пределам Солнечной системы.

   Вояджеры (рис. 2) также передали информацию о Юпитере и Сатурне, а Вояджер-2 впервые достиг Урана и Нептуна, орбита последнего охватывает область движения планет Солнечной системы и расположена в 30 раз дальше от Солнца, чем орбита Земли (30 а.е.). 

Рис. 2.

   КА «Новые горизонты» впервые передал изображения двойной карликовой планеты Плутон и летит через пояс Койпера, который простирается от 30 до 55 а.е. На его пути -  другие карликовые планеты и миллионы каменных и ледяных глыб (температура ниже минус 200 С). В августе 2017 года КА «Новые горизонты» произвел наблюдение покрытия звезды одним из объектов пояса Койпера. Это позволило определить форму, размер, скорость и другие характеристики этого объекта. На  одной из переданных космическим аппаратом фотографий запечатлен участок поверхности Плутона (рис. 3).

Рис. 3.

На другой - каменное тело, покрывшее звезду (рис. 4).

Рис. 4.

   В результате этих космических экспедиций были получены тысячи изображений планет, которые видны с Земли точками, как звезды. Были обнаружены десятки новых спутников этих планет, получены их изображения, переданы сведения о вулканах, водяных фонтанах и подледных морях, открыты кольца вокруг Юпитера, Урана и Нептуна, передано подробное изображение колец Сатурна, получены сведения о радиационных поясах Юпитера и других планет, о химическом составе и физических характеристиках этих небесных тел. Важными были наблюдения распрострнения солнечных космических лучей и связанных с ними магнитных полей, изучение малых тел Солнечной системы и межпланетного вещества. За Пионерами и Вояджерами последовали более усовершенствованные космические обсерватории: «Кассини» к Сатурну и «Галилей» к Юпитеру.

   И Пионеры, и Вояджеры, и «Новые горизонты» стремятся за пределы Солнечной системы. Кстати, что понимать под пределами Солнечной системы? За внешней границей пояса Койпера простирается гелиосфера радиуса примерно в 100 а.е. (рис 5).

Рис. 5.

   Гелиосфера – это область, заполненная потоками заряженных частиц солнечного ветра. Потоки солнечного ветра на определенном расстоянии теряют скорость, и гелиосфера в результате сопротивления межзвездной среды изменяет свою форму с шарообразной на каплеобразную, вытянутую в сторону, противоположную движению Солнца относительно межзвездной среды. На границе гелиосферы скорость солнечного ветра сравнивается со  скоростью звездного ветра. Область, где солнечный ветер смешивается со звездным, называется гелиопаузой. Она окружает всю гелиосферу. Дальше – преобладание звездного ветра.

   Именно из этих областей Солнечной системы передают на Землю информацию Вояджеры. Их непосредственные наблюдения уточняют весьма различающиеся оценки астрономов, сделанные относительно структуры, динамики, размера, формы и других храктеристик гелиосферы.

      На рис 6, взятом из статьи, приводятся результаты одного из наблюдений. На верхней  шкале  в условных единицах представлено количество частиц солнечного ветра в единице объема, шкала разбита на десятки единиц. На нижнем графике – количество частиц звездного ветра. Шкала разбита по единицам, так как в гелиосфере частиц звездного ветра меньше, чем солнечных. Видно, что Вояджер-1 зафиксировал гораздо меньше солнечных частиц, чем Вояджер-2, а звездных немного больше. Причина в том, что он дальше улетел от Солнца. Данное конкретное наблюдение показало, что в этот момент у Вояджера-1 количество частиц солнечного и звездного ветра сравнялось на условном значении 2. Значит, он вышел в гелиопаузу, за границу гелиосферы!

Рис. 6.

   Оба аппарата не раз пересекали границу гелиосферы, так как она смещается, «дышит» в зависимости от активности Солнца и других причин. Сейчас Вояджеры летят через гелиопаузу, и еще одно их важное наблюдение состоит в том, что область гелиопаузы гораздо шире, чем предполагалось. Их положение отслеживается непрерывно. Вояджер-2 7 октября 2017 г. удалился на 115.6 а.е., сигнал от него со скоростью света идет 16 ч 00 м 43 с, а чемпион - Вояджер-1 - находится на расстоянии 140.0 а.е., летит по гиперболической орбите со скоростью 17 км/с, и сигнал от него доходит за 19 ч 27 м 19 с. (для наглядности: сигнал от Луны до Земли доходит за 1,5 секунды).

   С Вояджерами до сих пор поддерживается двусторонняя связь, передаются команды и принимается научная информация. Предполагается, что связь с ними сохранится до 2025 - 2030 гг.

   Солнечная система простирается гораздо дальше гелиопаузы. Пояс Оорта расположен на расстояниях от 1000 до 100 000 а.е. Он состоит из ледяных глыб разных размеров, расположенных на больших расстояниях друг от друга и медленно, за миллионны лет облетающих Солнце. Самые далекие объекты пояса Оорта находятся на расстоянии 2-х световых лет. Эта область Галактики, где Солнце способно удержать тела, называется сферой Хилла. Еще более далекие тела, которые не ощущают притяжения Солнца, принадлежат уже межзвездому пространству и движутся под действием  гравитационного влияния Галактики.

   Что дальше произойдет с космическими аппаратами, которые когда-нибудь пересекут и эту границу?

   Скорость КА относительно центра Галактики будет равна геометрической сумме скоростей Солнца вокруг центра Галактики (220 км/с), которую космический аппарат сохранит по инерции, пекулярной скорости Солнца (17 км/с), тоже передающейся КА, и небольшой остаточной скорости, с которой КА выйдет из гравитационной сферы действия Солнца относительно Галактики. Скорость Вояджеров при выходе из этой сферы будет мало отличаться от орбитальной скорости Солнца. Они еще очень долго будут лететь  рядом с Солнечной системой и примерно за 250 миллионов лет совершат первый полный оборот вокруг центра Галактики.

      До звезд очень далеко. Расстояние между звездами сравнивают с расстоянием между двумя вишнями, из которых одна в Ульяновске, а вторая в Москве. Средняя пространственная плотность межзвездного газа неимоверно мала (10 в минус 24 г/см3), а плотность межзвездной пыли еще в сто раз меньше, поэтому сопротивление движущемуся аппарату крайне мало. К другим звездам КА приблизится через сотни тысяч - миллионы лет. Для полета к чужим солнцам и планетным системам, что, безусловно, представляет огромный интерес, нужны принципиально новые идеи. Поэтому особую ценность представляют сведения, полученные дистанционно современными телескопами и КА.

   Пионеры и Вояджеры несут в межзвездные веси информацию о землянах, на КА «Новые гизонты» такой информации нет, но пока он не вышел из Солнечной системы, ему успеют передать  подобные сведения по каналам связи.

   Отмечая знаменательную дату,  руководитель Вояджеров Эдвард Стоун (рис. 7) рассказал, что когда были запущены эти аппараты, у него родилась дочь, она выросла, окончила Университет, вышла замуж, родила сына, сын вырос и заканчивает университет, а космические аппараты все летят и летят…

Рис. 7.