Космический аппарат НАСА «Пионер-10» отправился в космос 3 марта 1972 года. Чуть менее чем через год и месяц, 6 апреля 1973 года, за ним последовал «Пионер-11». Впервые в истории Земли космические аппараты человечества отправились исследовать внешние планеты Солнечной системы: Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун. Эти планеты находятся очень далеко. И их очень трудно исследовать с Земли с помощью телескопов. Результаты экспедиций оказались впечатляющими. В декабре 1973 года «Пионер-10» пролетел мимо Юпитера и впервые сделал снимки, на которых гигантская газовая планета была видна как на ладони. Впервые было проведено детальное наблюдение за парой крупных спутников Юпитера.

Неизведанная территория

Но ещё до этого зонд ступил на неизведанную ранее территорию. Или, скорее, пролетел через неё. «Пионер-1» был первым объектом человечества, который пересёк пояс астероидов, который расположен между орбитами Марса и Юпитера. В то время многие думали, что это может быть неосуществимо. Предполагалось, что в этом районе присутствует не только огромное количество астероидов, но и множество пыли. Которая может быть настолько плотной, что повредит зонд и его инструменты.

Сегодня мы знаем, что это не так. И что между астероидами существуют огромные пустоты. Пришлось бы приложить очень серьёзные усилия для того, чтобы преднамеренно столкнуться с астероидом. И пыль тоже не проблема.

Через год после запуска зонда «Пионер-10» в космос отправился, как говорилось выше, его брат «Пионер-11». Аналогичный по конструкции аппарат полетел лишь после того, как учёные убедились – «Пионер-10» выжил во время полета через пояс астероидов. И «Пионер-10» успешно преодолел опасный район. Он продолжил свой полет, пересекая орбиты Сатурна, Нептуна и Урана. Сами планеты зонд исследовать не мог, поскольку они были слишком далеко, когда он пролетал мимо.

А вот «Пионер-11» был рассчитан на сближение с Юпитером и Сатурном. Это произошло в 1974 и 1979 годах соответственно.

Оба зонда отправились дальше во внешнюю Солнечную систему, чтобы исследовать условия, в которых они находятся. Контакт с зондом «Пионер-11» прервался в ноябре 1995 года. «Пионер-10» последний раз выходил на связь в январе 2003 года.

Эти героические зонды не только расширили наши знания о внешней Солнечной системе. Но и задали человечеству одну из самых интригующих загадок современной космонавтики, получившую название «Аномалия первопроходца». В чём же она заключалась, эта загадка? Итак, поехали.

Есть ли у Вас план?

Каждый раз, когда Вы отправляете в космос с заднего двора своей дачи космический аппарат, у Вас есть какой-то план. И Вы его придерживаетесь. У Вас есть очень точное представление о том, где и как именно Ваш посланец в небеса должен пролететь сквозь Солнечную систему. Его траектория точно рассчитана. И радиосвязь с зондом будет устойчиво поддерживаться на протяжении всей миссии. По полученным сигналам, помимо прочего, можно определить и точное местоположение аппарата. И проверить, находится ли он на правильной траектории.

То же самое было и с «Пионерами». За исключением того, что в начале 1980-х годов некоторые особо внимательные сотрудники миссии заметили, что зонды не совсем точно следуют той траектории, которая была для них предусмотрена.

Эффект был незначительным. Но он был. И аппараты оказались немного ближе к Солнцу, чем должны были быть. Это означало, что они летели медленнее, чем предполагалось. Ошибка составляла около 400 километров в год. Да, это чрезвычайно мало. Даже по сравнению с размерами Солнечной системы. И эквивалентно замедлению на менее одну миллиардную долю метра в секунду за секунду. Однако, как ни крути, эффект присутствовал. И никуда не девался.

Поначалу никто особо не беспокоился по этому поводу. Учёные считали, что это просто какое-то случайное незначительное отклонение. Ведь существует множество других причин, по которым скорость космического аппарата может меняться. Например, радиационное давление Солнца. Частицы, испускаемые нашим светилом, просто попадают на зонд и немного «толкают» его. Вот и всё. Только зонды вовсе не разгонялись. Они замедлялись!

Да и к тому же к 1980-м годам «Пионеры» находились уже достаточно далеко от Солнца. И радиационное давление больше не должно было играть для их скорости большой роли. Ещё более странным было вот что: эффект наблюдался как на «Пионер-10», так и на «Пионер-11». И это несмотря на то, что зонды летели в совершенно разных направлениях!

Так что же влияло на движение зондов? Этого никто не знал.

Кто тормозит Первопроходца?

Конечно, было высказано много предложений. Если исключить возможность того, что где-то произошла просто вычислительная ошибка или какая-то другая техническая проблема, то, конечно, гравитация всегда является основным явлением, которое рассматривается в подобных случаях. Космический корабль не похож на автомобиль или самолёт, который перемещается по местности куда угодно его водителю, используя двигатель. Нет, конечно же, космический аппарат тоже может активно изменять свою траекторию. Но это делается только в случае крайней необходимости. Поскольку для любого изменения траектории и скорости требуется топливо. Но его очень накладно брать с собой в космос. А это означает, что большую часть времени зонд просто летит в космосе без двигателя. Проще говоря, в начале миссии его как бы подталкивают в правильном направлении. И, поскольку в космосе нет ничего, что могло бы его замедлить, он просто продолжает двигаться в этом направлении, не замедляясь.

Если же космический аппарат меняет направление или начинает лететь медленнее (или быстрее), то на то должна быть причина. Например, какая-то невидимая планета, которая своей гравитационной силой изменяет траекторию зонда. Или так может происходить потому, что вокруг него не совсем пустое пространство. И зонд, на самом деле, летит сквозь пыль или газ, что также влияет на его скорость.


В то время о внешних пространствах Солнечной системы учёные знали не так уж и много. Например, никто ещё не знал о существовании пояса Койпера, то есть пояса астероидов за орбитой Нептуна. Первый объект там был обнаружен только в начале 1990-х годов.

Но предположения, что такой пояс астероидов должен существовать, уже высказывались. И можно было вполне разумно предположить, что гравитационная сила объектов из пояса Койпера влияет на траекторию зондов «Пионер».

Странные предположения

Также высказывались предположения, что зонды подвергаются воздействию крошечных метеоритов, которые и изменят их траекторию.

Конечно, были и гораздо более экзотические попытки объяснения наблюдаемого эффекта. Например, тёмная материя. Именно она, как считали некоторые исследователи, влияла на скорость движения зондов. Но расчёты показали, что если на их пути на самом деле существует так много темной материи, что она способна вызывать наблюдаемое изменение орбиты, то она также должна влиять и на движение планет. Причём в такой степени, которую можно было бы измерить. Однако это было не так.

В аномалии Пионера обвиняли и расширение самой Вселенной. Высказывались предположения, что какие-то странные эффекты заставляют зонды Пионера ощущать время немного по-другому. Предполагалось, что, возможно, наше описание гравитации в корне неверно. И нам нужна новая теория, чтобы описывать гравитацию. Высказывались и другие, не менее экзотические гипотезы. Вплоть до деятельности инопланетян.

Но в конце концов загадка была решена. И она оказалась очень скучной.

В 2011 году группа учёных из Технического университета Лиссабона (Португалия) ещё раз внимательно изучила технологии, по которым были построены космические зонды и всё, что могло быть с ними связано. Прежде всего, они исследовали радиоизотопные батареи, то есть источники энергии космических аппаратов. Эти устройства выделяют тепло, и делают это равномерно во всех направлениях. Однако часть этого теплового излучения отражается самим зондом. Различные компоненты зонда, антенны и все такое прочее неравномерно отражают это тепловое излучение. И тогда получается что-то похожее на радиационное давление Солнца. Ведь тепло — это не что иное, как свет! И если тепловое излучение не излучается равномерно во все стороны, то возникает своеобразный эффект «тяги»!.

Да это батарея!

Учёные очень точно воссоздали этот процесс с помощью компьютерного моделирования. И обнаружили, что в конце концов произошло замедление, которое почти точно соответствовало тому, которое наблюдалось у «Пионеров». В том же году немецкие исследователи тоже представили подобную модель. А годом позже НАСА проанализировало всю эту информацию и официально подтвердило, что аномалия «Пионеров» на самом деле связана с неравномерным отражением тепла, исходящего от радиоизотопной батареи.

А ещё через 10 лет, в январе 2023 года эстонские газеты сообщили радостную новость – в космос в марте 1972 года отправилась первая межпланетная станция для исследования дальних планет Солнечной системы.

Согласитесь, что это очень скучный конец потенциально очень увлекательной истории. Но в науке так иногда бывает. Ведь не всегда можно делать революционные открытия. Но нам все равно всегда нужно разбираться до конца в том, что на самом деле происходит. Потому что в какой-то момент мы действительно сможем найти то, чего совершенно не ожидали…Источник: "Живой космос"