D I S C O V E R Y
 

Американский физик Эдвард Стоун и его детище

 

В кабинете Эда Стоуна аккуратно выстроились 44 блокнота. Они занимают всего полметра книжной полки, но в них уместилась хроника самого длинного путешествия в человеческой истории.

Покинув Землю в 1977 году, «Вояджеры» провели новаторские исследования Юпитера, Сатурна, Урана и Нептуна, показав, что эти газовые гиганты и их спутники гораздо более активны, чем считалось. А теперь космические аппараты вплотную подошли к краю Солнечной системы — к той границе, которую ещё никогда не пересекали посланцы Земли.

Г-н Стоун был с «Вояджерами» с их зачатия. Он первый и пока единственный, кому было поручено согласовывать потребности учёных, жаждущих воспользоваться оборудованием аппаратов, с нуждами инженеров, благодаря которым зонды, собственно, до сих пор летают. По общему мнению, он преуспел. «Каким-то образом этот несогласный оркестр у него заиграл», — говорит планетолог Эндрю Ингерсолл из Калифорнийского технологического института (США), работавший с «Вояджерами», когда те пролетали мимо Юпитера и Сатурна.

Для тех, кто в курсе дела, Эд Стоун и «Вояджеры» давно стали синонимами. Разумеется, 77-летний учёный намерен дождаться того момента, когда произойдёт прорыв в межзвёздное пространство. В июле прошлого года, находясь на расстоянии почти 19 млрд км от Земли, «Вояджер-1» зарегистрировал ослабление потока заряженных частиц от Солнца — верный признак того, что до вожделенной границы рукой подать. «Почему "Вояджеры" ещё держатся? Потому что они продолжают совершать открытия», — говорит г-н Стоун, и нетрудно догадаться, что он имеет в виду и себя тоже.

Эд Стоун (фото Brad Swonetz / Redux / Eyevine).

Эд Стоун вырос в Бёрлингтоне, штат Айова, на реке Миссисипи; его отец работал на стройках и любил повозиться с разными механизмами. Юный Эдвард поглощал номера журнала Popular Science и тома детской энциклопедии The Book of Knowledge и самостоятельно научился собирать радиоприёмники.

К тому времени, когда Эд закончил среднюю школу, атомный век шагал полным ходом, и преподаватели младшего колледжа рассказали молодому человеку о всемирно известном курсе физики в Чикагском университете, где тогда ещё работал ядерный пионер Энрико Ферми. Казалось, всё решено — он поедет туда и станет ядерщиком, но в октябре 1957-го планы Эдварда изменил запуск первого искусственного спутника Земли. Для своей дипломной работы г-н Стоун помог разработать для воздушных шаров и спутников датчики быстрых частиц и космических лучей, проникающих в атмосферу Земли из космоса, а в 1964 году он получил место в Калифорнийском технологическом институте, где только что учредили группу физики космоса.

Его успешная работа по созданию детекторов космических лучей привлекла внимание инженеров Лаборатории реактивного движения, которые занимались проектом, называвшимся тогда «Маринер: Юпитер — Сатурн-77». В 1972 году его привлекли в качестве куратора научной программы будущего космического корабля.

Постепенно из этой инициативы выросла самая амбициозная миссия по исследованию планет внешней части Солнечной системы. Два зонда получили более сложное оборудование, чем «Пионеры-10» и «11», которые перед этим были отправлены к Юпитеру и Сатурну, а также золотые таблички и аудиозаписи с посланием инопланетянам.

Новые аппараты стартовали с мыса Канаверал в августе и сентябре 1977 года. По пути к Юпитеру их переименовали в «Вояджер-1» и «Вояджер-2».

Далеко не всё было гладко. Рама с научными приборами «Вояджера-2» не смогла развернуться полностью, а весной 1978 года отказался работать его главный радиоприёмник, из-за чего пришлось переключиться на резервную систему.

Эти и другие неприятности осложнили работу г-на Стоуна. Ему надлежало досконально знать, какие научные эксперименты возможны, как и когда их можно провести, чтобы не помешать навигаторам и инженерам, пытающимся устранить неполадки.

Первый большой поток научных данных пролился в 1979 году, когда «Вояджеры» (сначала первый, потом второй) достигли Юпитера (см. ниже видео, снятое «Вояджером-1»). Они обнаружили серные вулканы на его спутнике Ио, деформированном мощной гравитацией гигантской планеты. На Европе они сфотографировали длинные, грязные на вид трещины в ледяной поверхности, намекающие на скрытый от любопытных глаз океан, в котором может быть жизнь. Они показали, что магнитосферу Юпитера окутывает плазма температурой в сотни миллионов градусов. Всё это теперь можно прочитать в учебниках.




 

 

В 1980–1981 гг. «Вояджеры» открыли луны, которые «пасут» «стада» льда и пыли во внешнем кольце Сатурна, и изучили гигантские полярные сияния на полюсах планеты.

После этого операторы отправили «Вояджер-1» прочь от плоскости планет к границе с межзвёздным пространством, а «Вояджер-2» в 1986 году посетил Уран, где обнаружил два новых кольца, десять новых спутников и несовпадение ориентации магнитного поля с направлением оси вращения. Изображения Миранды, самой маленькой и внутренней из крупных лун Урана, явили поразительно сложную поверхность с глубокими V-образными желобами, намекающими на бурное геологическое прошлое.

Когда «Вояджер-2» достиг, казалось бы, спокойного голубого диска Нептуна в 1989 году, он обнаружил ветры, дующие со скоростью 2 100 км/ч — самые сильные в Солнечной системе. Из-за них и сформировалась буря размером с Землю, известная как Большое тёмное пятно. Учёные не ожидали такого от планеты, которая получает всего 0,1% от того количества солнечной энергии, что омывает Землю и управляет её погодой.

Г-н Стоун любит говорить, что с научной точки зрения «Вояджеры» оправдали себя на 200%: «Мы узнали намного больше, чем могли себе представить».

Сотрудники проекта Mariner Jupiter–Saturn ’77 в 1972 году. Эд Стоун — второй слева в первом ряду.

«Выпускники» «Вояджеров» говорят, что это случилось прежде всего благодаря Эду Стоуну. Он с самого начала возглавлял группу, руководившую научной стороной проекта. Если её участники не могли договориться, кому достанется открытие, г-н Стоун брал решение на себя.

Отсюда и такое количество блокнотов: г-н Стоун тщательно фиксировал вклад каждого в проект, стараясь учесть все точки зрения. «И мы всегда знали, что он поступит справедливо», — вспоминает Эллис Майнер, работавший в Лаборатории реактивного движения во время встреч с Сатурном, Ураном и Нептуном.

В отличие от общепринятой практики того времени он заставил группы, обслуживающие отдельные научные инструменты на борту аппаратов, работать сообща. Перед Юпитером г-н Стоун объединил 11 команд в четыре группы по следующим темам: спутники, кольца, атмосфера и магнитосфера. Это позволило сочетать интересы разных команд и взглянуть на одни и те же вещи с помощью разных приборов. «И мне уже не надо было постоянно выступать в роли третейского судьи», — поясняет учёный.

Некоторая напряжённость всё же сохранялась. Стаматиос Кримигис, отвечавший за прибор для измерения низкоэнергетических заряженных частиц, никак не может забыть противостояние с группой, занимавшейся плазмой. Детектору частиц надо было вращать датчики, чтобы охватить как можно больше участков неба, в результате соседний инструмент для измерения плазмы трясло, и ответственные за него учёные выходили из себя. Эд Стоун предложил такой компромисс: порой измеритель частиц вращается быстро, порой медленно, снижая вибрацию, а иногда и вовсе замирает. «Он сделал нас всех одинаково несчастными, — смеётся г-н Кримигис, сотрудник Лаборатории прикладной физики Университета Джонса Хопкинса. — Это признак хорошего переговорщика».

После Нептуна проекту было присвоено новое имя, отражавшее новую цель: Voyager Interstellar Mission. Авторы этого названия проявили недюжинный оптимизм: в то время никто не знал, сколько лететь до границы Солнечной системы. В пору затишья Эд Стоун времени не терял: в 1991–2001 гг. он был директором Лаборатории реактивного движения, став соавтором как успехов американской космонавтики (например, посадки на Марс аппарата Pathfinder в 1997 году), так и громких провалов (потеря и орбитальной, и посадочной станции, которые должны были последовать за Pathfinder). То была эпоха «быстрее, лучше, дешевле» в истории НАСА, и г-н Стоун признаёт, что при нём Лаборатория реактивного движения зашла слишком далеко в выполнении этого призыва.

Оставив нервную работу, Эд Стоун вернулся преподавать и проводить исследования в Калифорнийском технологическом институте. Сегодня он лишь изредка отправляется в путь по шоссе-210 в центр управления полётом «Вояджеров» в Лаборатории реактивного движения. В нём мало нужды, поскольку сейчас выполняются рутинные задачи по обеспечению связи с зондами. Но с каждым днём работа становится сложнее, ведь «Вояджер-2» улетел уже за 15,2 млрд км от Солнца, а «Вояджер-1» достиг отметки 18,6 млрд км, что втрое больше расстояния от Солнца до Плутона.

1979 год, пресс-конференция, посвящённая пролёту мимо Юпитера.

Представьте себе: раннее апрельское утро, предрассветные часы. Инженеры ввязались в мучительно медленный разговор с «Вояджером-1». Роджер Людвиг тестирует новую последовательность команд, которая позволит аппарату отложить некоторые задачи, дабы лучше справиться с ограничениями на связь с Землёй. На то, чтобы команды достигли космического странника, ушло более 17 часов. Ещё столько же потребовалось на получение ответа, и теперь его готовятся принять.

Цифры медленно текут по паре компьютерных мониторов, и г-н Людвиг пытается понять, сработала ли последовательность. Результаты выглядят многообещающими, но инженеры проверят код ещё не раз, прежде чем внести какие-либо изменения. Спешить некуда, и никто не хочет наделать глупых ошибок. «Мы все чувствуем, что управляем национальным достоянием», — говорит г-н Людвиг.

Среди этих «мы» — и Эд Стоун, продолжающий ждать новых открытий. После Нептуна прошло немало времени... Двери в центр управления украшены изображением несчастного «Вояджера» с надписью: «Как только люди перестают обращать на меня внимание, я притворяюсь, что покинул Солнечную систему».

Выход в межзвёздное пространство оказался более сложным делом. «Вояджер-1» находится где-то на краю гелиосферы — гигантского кокона заряженных частиц Солнца, который окружает Солнечную систему и защищает планеты от частиц высоких энергий, поступающих извне.

В декабре 2004 года датчик низкоэнергетических частиц «Вояджера-1» показал, что солнечный ветер резко замедлился, — знак того, что аппарат вступил в неспокойный регион на границе гелиосферы.

Затем, в июле и августе 2012-го, скорость солнечного ветра упала практически до нуля, а корабль начал регистрировать больше частиц высокой энергии. Г-н Кримигис называет эти изменения «полностью и совершенно непредвиденными». Сами по себе они позволяют говорить, что «Вояджер-1» пересёк границу межзвёздного пространства.

Но учёные осторожничают, ибо до сих пор нет другого, предсказанного сигнала. Ожидается, что когда «Вояджер-1» войдёт в межзвёздное пространство, магнитное поле утратит ориентацию преимущественно с востока на запад и начнёт хаотически менять направление. Но никаких изменений пока не зарегистрировано.

Как же тогда объяснить происходящее? И снова апрельский день. Эд Стоун морщит лоб, рассматривая данные о частицах. «Мы наблюдаем то, что происходит снаружи, — произносит он. — Но мы ещё не снаружи. Магнитное поле говорит о том, что мы ещё не вышли». Он и другие учёные считают, что «Вояджер-1» оказался на своего рода «магнитном шоссе», которое соединяет линии магнитного поля Солнца с таковыми межзвёздного пространства, позволяя заряженным частицам проникать в пограничную зону. В декабре об этом говорилось на конференции Американского геофизического союза, а подробности вскоре будут опубликованы несколькими статьями в журнале Science.

А пока Эд Стоун последовательно осаживает тех, кто спешит с громкими заявлениями. «Когда выйдет — тогда выйдет», — вот и весь сказ.

Эд Стоун с президентом США Рональдом Рейганом в 1986 году.

Космический аппарат попадёт в область, совершенно новую для науки. Детектор частиц измерит галактические космические лучи, которые слишком слабы, чтобы проникнуть в гелиосферу Солнечной системы. Магнитометр впервые пришлёт данные о силе магнитного поля в межзвёздном пространстве. Наконец-то мы получим представление о том, что такое открытый космос. И кто знает, сколько времени эти данные будут оставаться единственными...

Чем ближе это событие, тем сильнее нервничает Эд Стоун, ведь необходимо убедиться в том, что эти уникальные сведения будут получены. Он добился того, чтобы Сеть дальней космической связи (всемирная сеть гигантских антенн) выделяла «Вояджеру» по десять драгоценных часов каждый день!

Но сигнал продолжает слабеть. Шутка ли — «Вояджер-1» в 124 раза дальше от Солнца, чем Земля, и каждый год набирает ещё по 3,6 а. е. При этом оба аппарата работают на плутониевых генераторах мощностью всего 315 Вт, и каждый год этот показатель снижается примерно на 4 Вт. Из десяти первоначальных инструментов на «Вояджере-2» функционируют пять, на «Вояджере-1» — четыре.

К 2020 году генераторы ослабеют настолько, что придётся отключать научные приборы, один за другим. Г-н Стоун признаётся, что ещё не думал над тем, какой инструмент умрёт первым.

К 2025-му закончатся запасы плутония, и «Вояджеры» превратятся в безжизненные болванки. Скорее всего, они никогда не сблизятся ни с одной звездой, и их послания будут ещё долго дрейфовать по глубинам космоса.

Сатурн в естественных цветах. Снимок сделан «Вояджером-2» в 1981 году.

Но у Эда Стоуна нет времени на эмоции. Он — заместитель председателя совета Тридцатиметрового телескопа, который планируется ввести в эксплуатацию в начале 2020-х на горе Мауна-Кеа на Гавайях и который станет крупнейшим оптическим телескопом в мире. Однажды его гигантские зеркала посмотрят мимо «Вояджеров» на далёкие звёздные системы.

Г-н Стоун участвует также в проекте Solar Probe Plus по разработке космического корабля, который несколько раз подойдёт к Солнцу на рекордно близкое расстояние в пределах десяти радиусов звезды, а перед этим семь раз облетит Венеру. Теплозащитный экран позволит выдержать температуру в 2 000 °С.

«Исследования никогда меня не разочаровывали, — говорит Эд Стоун, рассматривая распечатки данных об активности Солнца в последние циклы. — Мне удавалось делать то, что нужно, и работать с проектами, которые оказывались успешными».

Старт Solar Probe Plus запланирован на 2018 год, а первое сближение с Солнцем намечено на декабрь 2024-го. Как раз в то время умрут «Вояджеры», и поток невиданных данных начнёт поступать совсем с другой стороны. Эд Стоун надеется присутствовать при начале новой эпохи изучения космоса, несмотря на то что в 2025-м ему стукнет 90 лет...


Источник: nature.com

18-05-2013 | Просмотров: 4291
 
Комментарии Комментировать
 
Комментировать