Eдуард Стоун: Живот с „Вояджър”

В кабинета на Едуард Стоун прилежно са подредени 44 бележника. Те заемат общо половин метър от книжната лавица, но в тях е събрана хрониката на най-дългото пътешествие в човешката история.

Когато напуснали Земята през 1977 г., двата „Вояджър”-а провели новаторски изследвания на Юпитер, Сатурн, Уран и Нептун и установили, че тези газови гиганти и техните спътници са много по-активни, отколкото се е смятало. А сега космическите апарати са стигнали до края на Слънчевата система – до тази граница, която още никога не е пресичана от земни посланици.

Стоун е с „Вояджър” от самото им зачеване. За тези, които са наясно, Ед Стоун и „Вояджър” отдавна са станали синоними. 77-годишният учен иска да дочака момента, когато двата апарата ще излетят в междузвездното пространство. През юли миналата година, на разстояние почти 19 млрд. км от Земята, „Вояджър 1” е регистрирал отслабване на потока заредени частици от Слънцето – сигурен признак, че лелеяната граница е близо. „Защо „Вояджър”-ите още се държат? Защото продължават да правят открития”, казва Стоун и не е трудно да се досетим, че има предвид и себе си.

Когато Едуард завършил средно училище, атомният век крачел с пълна пара и преподавателите от колежа разказали на младия човек за световноизвестния курс по физика в Чикагския университет, където тогава работел ядреният пионер Енрико Ферми. Изглежда, всичко било решено – той ще отиде там и ще стане ядрен физик, но през октомври 1957 г. плановете на Ед се променили след пускането на първия изкуствен спътник на Земята.

За дипломната си работа Стоун разработил за балоните и спътниците детектори за бързи частици и космически лъчи, проникващи в атмосферата на Земята от Космоса, а през 1964 г. получил място в Калифорнийския технологичен институт, където тъкмо била сформирана група по физика на Космоса. През 1972 г. Едуард бил привлечен като куратор на научната програма на бъдещите космически кораби.

Постепенно от тази инициатива израснала най-амбициозната мисия по изследване на планети във външната част на Слънчевата система. Двете сонди получили по-сложно оборудване от „Пионер” 10 и 11, които преди това били изпратени към Юпитер и Сатурн, а също златни плочи и аудиозаписи с послание към извънземните.

© Nik Spencer/Nature

Новите апарати стартирали от Кейп Канаверъл през август и септември 1977 г. По пътя към Юпитер те били преименувани на „Вояджър 1” и „Вояджър 2”.

Далеч не всичко било гладко. Рамата с научните уреди на „Вояджър 2” не успяла да се разгърне напълно, а през пролетта на 1978 г. отказал да работи главният му радиоприемник, поради което се наложило да превключат на резервната система.

Тези и други неприятности усложнили работата на Стоун. Той трябвало да знае какви научни експерименти са възможни, как и кога може да се проведат, за да не пречат на навигаторите и инженерите, опитващи се да отстранят дефектите.

Първият голям поток научни данни потекъл през 1979 г., когато „Вояджър”-ите (отначало първият, а после и вторият) стигнали Юпитер (виж видеото, заснето от „Вояджър 1”). Те открили серни вулкани на спътника му Йо, деформиран от мощната гравитация на гигантската планета. На Европа заснели дълги, мръсни на вид пукнатини в ледената повърхност, намекващи за скрит от любопитни очи океан, в който може да има живот.

През 1980–1981 г. „Вояджър”-ите открили луни, които „пасат стадо” от лед и прах във външния пръстен на Сатурн, и изучили гигантските полярни сияния на полюсите на планетата.

След това операторите изпратили „Вояджър 1” към границата с междузвездното пространство, а „Вояджър 2” през 1986 г. посетил Уран, където открил два нови пръстена, десет нови спътника и несъвпадение в ориентацията на магнитното поле с посоката на оста на въртене. Изображенията на Миранда, най-малката и вътрешна от големите луни на Уран, разкрила поразително сложна повърхност с дълбоки каньони, намекващи за бурно геологично минало.

Когато „Вояджър 2” стигнал наглед спокойния син диск на Нептун през 1989 г., той открил ветрове, духащи със скорост 2400 км/ч – най-силните в Слънчевата система. От тях се е формирала буря с размерите на Земята, известна като Голямото тъмно петно. Учените не очаквали това от планета, която получава само 0,1% от слънчевата енергия, която облива Земята и управлява времето й.

Стоун обича да казва, че от научна гледна точка „Вояджър”-ите са се оправдали 200%. „Узнахме много повече, отколкото можехме да си представим.”

Сатурн в естествени цветове. Снимка на „Вояджър 2” от 1981 г.
© NASA/JPL-Caltech

„Випускниците” на „Вояджър”-ите казват, че това се е случило преди всичко благодарение на Ед Стоун. Той от самото начало оглавява групата, ръководеща научната страна на проекта.

За разлика от общоприетата практика по това време Стоун накарал групите, обслужващи отделните научни инструменти на борда на апаратите, да работят заедно. Пред Юпитер Стоун обединил 11 екипа в четири групи по следните теми: спътници, пръстени, атмосфера и магнитосфера. Това позволило да се съчетаят интересите на различните екипи и да се погледнат едни и същи неща с различни уреди. „И вече не ми беше нужно постоянно да влизам в ролята на арбитър”, пояснява ученият.

След Нептун проектът получил ново име, отразяващо новата цел – Voyager Interstellar Mission. Авторите на това название проявили завиден оптимизъм – в това време никой не знаел колко има до границите на Слънчевата система.

В затишието Ед Стоун не си губил времето – през 1991–2001 г. той бил директор на Лабораторията за реактивно движение и станал съавтор както на успехи на американската космонавтика (например спускането на Марс на апарата Pathfinder през 1997 г.), така и на гръмки провали (загуба и на орбиталната, и на спускаемата станция, която трябвало да последва Pathfinder). Това била епоха на „по-бързото, по-доброто, по-евтиното” в историята на НАСА и Стоун признава, че при него Лабораторията за реактивно движение е стигнала прекалено далече в изпълнението на този призив.

1986: Снимка от повърхността на Урановата луна Миранда, заснета от „Вояджър 2”.
© NASA/JPL-Caltech

Изоставил нервната работа, Ед Стоун се върнал да преподава и да провежда изследвания в Калифорнийския технологичен институт. Днес той рядко пътува по шосе 210 към центъра за управление на полетите на „Вояджър”, тъй като сега се изпълняват рутинни задачи по осигуряване на връзката със сондите. Но с всеки ден работата става по-сложна, тъй като „Вояджър 2” се е отдалечил вече на 15,2 млрд. км от Слънцето, а „Вояджър 1” е достигнал отметката 18,6 млрд. км, което е второто най-голямо разстояние от Слънцето до Плутон.

Представете си – ранна априлска сутрин, преди разсъмване. Инженерите водят мъчителен муден разговор с „Вояджър 1”. Роджър Лудвиг тества нова последователност от команди, които ще позволят на апарата да отложи някои задачи, за да се справи по-добре с ограниченията на връзката със Земята. За да стигнат командите до космическия странник, отиват повече от 17 часа. Още толкова са нужни за получаване на отговор и сега те се готвят да го приемат.

Цифрите бавно текат по два монитора и Лудвиг се опитва да разбере дали е сработила последователността. Резултатите изглеждат многообещаващи, но инженерите проверяват кода още неведнъж, преди да внесат някакви промени. Няма закъде да бързат и никой не иска да прави глупави грешки. „Всички ние чувстваме, че управляваме национално съкровище”, казва Лудвиг.

Сред тези „ние” е и Ед Стоун, който продължава да чака нови открития. След Нептун е изминало доста време… Вратата в центъра за управление е украсена с изображение на нещастния „Вояджър” с надпис: „Веднага щом хората престанат да ми обръщат внимание, аз ще се престоря, че съм напуснал Слънчевата система.”

Излизането в междузвездното пространство се оказало по-сложна работа. „Вояджър 1” се намира някъде на края на хелиосферата – гигантски пашкул със заредени частици от Слънцето, който обкръжава Слънчевата система и защитава планетите от частиците с висока енергия, идващи отвън.

1989: Съставно изображение на Нептун, направено от „Вояджър 2”, с Голямото тъмно петно (в средата) и други гигантски образувания в атмосферата на планетата.
© NASA/JPL-Caltech

През декември 2004 г. датчикът за нискоенергийни частици на „Вояджър 1” показал, че слънчевият вятър рязко се е забавил – знак за това, че апаратът е встъпил в неспокоен регион на границата на хелиосферата.

След това, през юли и август 2012-а, скоростта на слънчевия вятър спаднала практически до нулата, а корабът започнал да регистрира повече частици с висока енергия. Тези изменения се наричат от учените „напълно и абсолютно непредвидени”. Сами по себе си те позволяват да се говори, че „Вояджър 1” е пресякъл границата на междузвездното пространство.

Но учените не се заблуждават, тъй като досега липсва друг, предсказан сигнал. Очаква се, че когато „Вояджър 1” излезе в междузвездното пространство, магнитното поле ще загуби ориентация от изток на запад и ще започне хаотично да променя посоката си. Досега такива изменения не са регистрирани.

Как тогава да си обясним случващото се?

И отново априлски ден. Ед Стоун мръщи устни, докато разглежда данните за частиците. „Ние наблюдаваме това, което се случва отвън – произнася той. – Но още не сме отвън. Магнитното поле говори, че още не сме излезли.” Той и другите учени смятат, че „Вояджър 1” се е оказал в нещо като „магнитна магистрала”, която съединява линиите на магнитното поле на Слънцето с тези на междузвездното пространство, позволявайки на заредените частици да проникват в пограничната зона. През декември това е обсъждано на конференцията на Американския геофизически институт, а подробности скоро ще бъдат публикувани в няколко статии в сп. Science.

А засега Ед Стоун последователно упреква тези, които бързат с гръмките изявления: „Ще излезе, когато излезе!”, това е всичко.

Космическият апарат попада в област, напълно нова за науката. Детекторът на частици измерва галактическите космически лъчи, които са прекалено слаби, за да проникнат в хелиосферата на Слънчевата система. Матнитометърът за първи път изпраща данни за силата на магнитното поле в междузвездното пространство. Накрая ние получаваме представа що е то Открит космос. И кой знае колко време тези данни ще останат единствени…

© NASA/Walt Feimer

Колкото по-близо е това събитие, толкова по-нервен става Ед Стоун, тъй като е необходимо да се убеди, че тези уникални сведения ще бъдат получени. Той е успял да извоюва Мрежата за далечна космическа връзка (световна мрежа от гигантски антени) да отделя на „Вояджър” по десет скъпоценни часа всеки ден!

Но сигналът продължава да отслабва. Не е шега – „Вояджър 1” е 124 пъти по-далеч от Слънцето, отколкото е Земята, и всяка година прибавя по още 3,6 астрономически единици. При това двата апарата работят на плутониеви генератори с мощност едва 315 вт, и всяка година този показател се снижава с около 4 вт. От десетте първоначални инструмента на „Вояджър 2” функционират пет, а на „Вояджър 1” – четири.

Към 2020 г. генераторите ще отслабнат толкова, че ще се наложи да се изключат научните уреди, един след друг. Стоун признава, че още не е мислил кой инструмент да умре първи.

Към 2025-а ще свършат запасите от плутоний и „Вояджър”-ите ще се превърнат в безжизнени апарати. По-скоро те никога няма да се сближат с някоя звезда и техните послания още дълго ще се носят в дълбините на Космоса.

Но Едуард Стоун няма време за емоции. Той е заместник-председател на съвета на Трийсетметровия телескоп, който трябва да влезе в експлоатация в началото на 2020 г. на Мауна Кеа на Хаваите и който ще стане най-големият оптичен телескоп в света. Един ден неговите гигантски огледала ще погледнат покрай „Вояджър” към далечни звездни системи.

Стоун участва и в проекта Solar Probe Plus по разработването на космически кораб, който няколко пъти ще се приближи към Слънцето на рекордно близко разстояние в пределите на десет радиуса на звездата, а преди това седем пъти ще обиколи Венера. Топлозащитният екран ще му позволи да издържи температура от 2000°С.

„Изследванията никога не са ме разочаровали – казва Ед Стоун, докато разглежда разпечатки на данни за активността на Слънцето в последните цикли. – Успял съм да направя това, което е необходимо, и да работя с проекти, които се оказаха успешни.”

Стартът на Solar Probe Plus е планиран за 2018 г., а първото му сближаване със Слънцето е предвидено за декември 2024 г. Точно по това време ще умрат „Вояджър”-ите и потокът от безпрецедентни данни ще се влее от съвсем друга страна. Едуард Стоун се надява да присъства на началото на новата епоха в изучаването на Космоса, независимо че през 2025 година ще навърши 90 години…

Източник: Nature News