Доктор Алан Стерн однажды совершил беспрецедентный поступок: попытался убедить НАСА в том, что нужно изучать Плутон. Никому раньше подобное в голову не приходило: космическое агентство само всегда отправляло исследовательские миссии к новым планетам. Так или иначе, стараниями команды Стерна в 2015 году корабль миссии «Новые горизонты» достиг Плутона, отправил на Землю огромное количество снимков и других данных и теперь летит еще дальше, за пределы Солнечной системы. T&P законспектировали лекцию идейного вдохновителя и руководителя миссии.

Миссия «Новые горизонты»

Лекция. 22 ноября 2018 года. Российская государственная библиотека. В рамках фестиваля о науке и технологии «Политех 360»

Алан Стерн

Научный руководитель миссии НАСА «Новые горизонты» по изучению Плутона, в недавнем прошлом — директор Управления научных межпланетных экспедиций НАСА

«Плутонный андеграунд»

Плутон находится на расстоянии около пяти миллиардов километров от Земли. До того как мы отправили «Новые горизонты», на лучшей фотографии с космического телескопа «Хаббл» (я сам ее сделал) Плутон выглядел как размытое пятно. Самое удивительное, что на основании таких снимков даже написали несколько научных работ. Если очень присмотреться, можно увидеть ледяную шапку на одном из полюсов, но вообще что-то рассмотреть довольно трудно.

Работа по изучению Плутона началась в конце 1980-х годов, когда вместе с другими молодыми учеными я создал группу «Плутонный андеграунд». Нашей задачей было убедить руководство НАСА, что Плутоном нужно заниматься. Раньше НАСА всегда само решало, что нужно отправляться на другие планеты, и не было еще случая, чтобы какая-то инициативная группа пыталась повлиять на исследовательскую повестку космического агентства. Поэтому работа была долгой, у нас ушло около 14 лет на то, чтобы привлечь нужную сумму — около миллиарда долларов. Несколько проектов потерпели неудачу, не хватало управленческих и финансовых компетенций, но группа «Плутонный андеграунд» не отказывалась от своих затей.

Слева: 1994 год. Справа: 2018 год

Слева: 1994 год. Справа: 2018 год

«Не просто странная планета»

Может, вас тоже учили, что есть четыре планеты во внутренней части Солнечной системы, отделенные поясом астероидов от четырех планет-гигантов, и где-то далеко есть маленькая планета Плутон, летающая по странной орбите, не соответствующей заветам ни планет-гигантов, ни планет земной системы. И только недавно мы поняли, что Плутон — не просто странная планета.

В 1990-х и в начале 2000-х годов нам открылись новые миры. Например, раньше мы даже не догадывались о существовании самой крупной структуры в нашей планетарной системе — третьей зоны Солнечной системы, так называемом поясе Койпера. Выяснилось, что Плутон — далеко не единственный объект в этой системе, он просто один из самых крупных.

Карликовых планет гораздо больше, чем остальных: Хаумеа, Макемаке, Седна и другие. Это открытие показало, что Плутон — не какое-то неожиданное явление в понятной в целом группе планет, а представитель достаточно большого класса (обратите внимание, как много планет в нашей Солнечной системе).

С открытием пояса Койпера и облака Оорта началась новая эпоха в астрофизике, и в начале 2000-х годов в исследования космоса потекли дополнительные деньги.

«Новые горизонты»: команда, подготовка, полет

Не мы одни хотели исследовать Плутон, но, к счастью, в ноябре 2001 года заявка «Плутонного андеграунда» победила. Чтобы добраться до планеты, нужна была не только ракета-носитель, но и правильный момент для совершения гравитационного маневра в районе Юпитера. Пришлось ждать четыре года, но все это время (с 2005 по 2009 год) мы работали без продыху. Проекты вроде «Вояджера» и «Маринера» требовали по восемь-десять лет на проектирование, тестирование, интеграцию, сборку. А у нас было всего четыре года, за которые нужно было придумать огромное количество новых решений для исследования карликовых планет.

Многие миссии предполагали создание двух аппаратов, основного и резервного. Но НАСА выделило нам только пятую часть бюджета «Вояджера», и у нас не было денег на создание резервного аппарата, а в команде было всего 50 человек (в основном инженеры и исследователи) — в девять раз меньше, чем в команде «Вояджера».

Аппарат совсем небольшой. Сверху у него антенна в форме тарелки для связи с Землей, сбоку — плутониевый ядерный реактор. Забавно, что плутоний назван в честь Плутона, и это главная батарейка аппарата.

19 января 2006 года «Новые горизонты» отправились в космос: ракета-носитель «Атлас-5», этот 75-метровый небоскреб, летящий на сверхзвуковой скорости, долетел до первых облаков за 11 секунд, за полторы минуты набрал первую космическую скорость, а еще через восемь минут облетел примерно половину земной орбиты, чтобы встать на оптимальную точку для перехода на орбиту Юпитера. Когда я был ребенком, американские «Аполлоны» со скоростью 25 тысяч миль в час долетали до Луны за три дня. «Новые горизонты» проделали тот же путь за девять часов. После этого началось девятилетнее путешествие: сначала к Юпитеру, чтобы выполнить там гравитационный маневр, а затем уже к Плутону, практически к границе Солнечной системы — туда аппарат долетел летом 2015 года.

Сближение с Плутоном заняло буквально один день, а его подготовкой мы занимались два года. Постоянно нужно было сверять расчеты, проводить микрокорректировки, включая и выключая двигатели. У нас было всего несколько недель, чтобы изучить систему вокруг Плутона. А за десять дней до подлета к планете мы потеряли связь с аппаратом: перезапустился основной компьютер. Все программы и конфигурационные данные, которые мы отправляли на аппарат в течение полугода, были потеряны.

4 июля, в День независимости, нам пришлось выдергивать людей с семейных пикников, и наши сотрудники, приехавшие в купальниках и шортах, работали три дня без отдыха, чтобы правильно сконфигурировать аппарат.

Но все удалось, и, когда диски были забиты данными и фотографиями, мы начали отправлять их на Землю, куда они шли еще почти год. «Подарки из космоса» с новой информацией о Плутоне приходили и в 2016, и в 2017 году.

Что мы узнали благодаря «Новым горизонтам»

«Новые горизонты» показали, что небольшие объекты вроде Стикса, Никты, Кербера и Гидры (спутники Плутона. — Прим. T&P) состоят почти полностью из водяного льда. Больше всего нас привлекал Харон (одна из карликовых планет. — Прим. T&P), на его поверхности происходит много интересного. Например, вдоль экватора видна большая долина, которая выглядит так, словно еще чуть-чуть — и Харон лопнул бы на две половинки. Значительная часть его поверхности — также водяной лед. Множество кратеров указывают на древнюю природу этого космического объекта. Можно предположить, что Харон практически ровесник Солнечной системы.

Через 15 минут после ближайшего подхода к Плутону «Новые горизонты» начал отлетать от него и сделал фотографию, на которой Солнце подсвечивает атмосферу планеты, — если присмотреться, в дымке можно увидеть, что ее поверхность неровная. И хотя раньше была версия, что это жидкий азот, новое наблюдение подсказывает нам, что верхняя оболочка Плутона должна быть твердой. Даже если на его поверхности и находится азот (скорее всего, глубина этого слоя не больше шести километров), то в районе коры должны быть какие-то твердые породы. Данные спектрометрии показывают, что в ней также есть водяной лед.

Нам удалось узнать, что ледники на Плутоне движутся — так же, как на Земле. На одном из снимков виден гигантский азотный ледник, который мы назвали в честь первого спутника, отправившегося на околоземную орбиту. Общая плотность ледника Спутник постоянно обновляется. Пока непонятно, как это происходит. Все-таки Плутон — небольшая планета, и его геологический двигатель давным-давно должен был заглохнуть, но что-то помогает ему не терять задора. По нашей теории, под азотом и водяным льдом начинается зона повышенного давления. И на глубине в несколько десятков километров в соответствии с законом идеального газа мы должны найти зону с жидкой водой — эдакий понемногу охлаждающийся внутренний океан, выполняющий функцию батарейки. А еще на Спутнике есть 50-километровый участок, место скопления материи — возможно, сходящей с соседних гор. Здесь нет кратеров — значит, это результат недавних явлений. Выходит, что

с геологической точки зрения Плутон — живая планета. Мы не ожидали от карликовых планет таких трюков.

На одной из моих любимых фотографий Плутона видны высокие горы, похожие на Скалистые горы в моем родном Колорадо. На вершинах будто бы снег, но это метан, природный газ. Был бы в атмосфере кислород, все бы это красиво сгорело. На некоторых снимках видны кристаллы метанового льда, торчащие на километр вверх. Мы пока не понимаем, как это устроено. Плутон для нас все еще планета, полная загадок.

Объект Ultima Thule, снимок сделан 1 января 201...

Объект Ultima Thule, снимок сделан 1 января 2019 года

Куда дальше?

За пролетом мимо Плутона в 2015 году наблюдали тысячи людей в США и других странах. На следующий день после получения первых результатов по всему миру писали о «Новых горизонтах». За 48 часов на сайт НАСА было совершено 2,8 миллиарда заходов. Сейчас аппарат продолжает полет и будет лететь и отправлять нам данные еще лет десять, пока хватит топлива. На 1 января 2019 года запланирован облет объекта Ультима Туле — так далеко в Солнечную систему мы со своими фотоаппаратами еще не залезали. После этого будем искать новую цель, исследовать среду в районе пояса Койпера, из которого аппарат вылетит только в конце 2020-х годов. Где-то во второй половине 2030-х годов, когда топливо все-таки кончится, «Новые горизонты» будет мирно лететь дальше по Галактике. Как ученый я считаю, что мы найдем жизнь и другие цивилизации в космосе. По-моему, это одна из высочайших задач для человечества.

Литература

В рубрике «Конспект» мы публикуем сокращенные записи лекций, вебинаров, подкастов — то есть устных выступлений. Мнение спикера может не совпадать с мнением редакции. Мы запрашиваем ссылки на первоисточники, но их предоставление остается на усмотрение спикера.