Змінні зірки: класифікація та характеристики

Чим далі від Землі розташовані ті чи інші об’єкти — тим складніше їх досліджувати. Це астрономічне правило знає всього кілька винятків і працює в тому числі в межах Сонячної системи.
Якщо Венеру, Меркурій і Марс, не кажучи вже про Місяць, вивчати за допомогою космічних апаратів було відносно нескладно, то чим далі вглиб космічного простору забиралися творіння рук людських, тим складніше і дорожче ставало забезпечувати їх функціонування. Ось чому досліджувати далекі від Землі зовнішні планети Сонячної системи настільки важко, і тому вивчення настільки цікавих для астрономів газових гігантів так довго відкладалося. Чотири величезні планети — Юпітер, Сатурн, Уран і Нептун— принципово відрізняються від своїх менших побратимів по Сонячній системі, були змушені дуже довго чекати «гостей» з Землі. Лише відпрацювавши всі технології на найближчих до нашої планети небесних тілах, конструктори задумалися про створення апаратів для дослідження більш віддалених від нас об’єктів.
Проблеми далеких перельотів
Основною складністю, з якою зіткнулися творці автоматичних міжпланетних станцій, стала дорожнеча виведення на орбіту самих АМС. Кожен кілограм вантажу, закидаються навіть на навколоземну орбіту, коштує тисячі доларів, а для польоту до віддалених планет Сонячної системи необхідно забезпечувати міжпланетні станції достатньою кількістю пального! На щастя для конструкторів, завдання істотно полегшила сама фізика нашого світу. Справа в тому, що Сонячна система з точки зору фізики — набір масивних тіл, що рухаються по відомим законам навколо центрального світила. Зрозуміло, всі більш-менш великі тіла (тобто планети і досить великі супутники) притягують до себе менш масивні тіла, зокрема, запущені з Землі АМС. Здавалося б, це тільки ускладнює завдання — необхідно якось уникати потрапляння до зони тяжіння планет.
Однак цей ефект має і зворотний бік: якщо АМС пройде досить близько до того або іншого небесного тіла, вона може не тільки змінити траєкторію під дією гравітаційного впливу планети, але і істотно прискоритися! Ось чому польоти до далеких планет часто починаються з абсолютно протилежного спрямування: АМС спочатку підлітають, приміром, на Венері, де здійснюють так званий гравітаційний маневр — користуючись тяжінням планети, станція змінює свою траєкторію і прискорюється, прямуючи до наступного пункту свого маршруту. Подібні маневри можна проводити неодноразово, по черзі облітаючи кілька планет і їх супутників. Зрозуміло, було б нерозумно використовувати планети тільки як «розгінні точки», адже дослідна станція може одночасно вивчати ваші вчених параметри цих небесних тел. Саме тому багато проектів дослідження віддалених від Землі небесних об’єктів є сложносоставными: АМС роками подорожують по Сонячній системі, встигаючи за цей час відвідати кілька примітних планет, вивчаючи їх будову, визначаючи фізичні і астрономічні параметри, фотографуючи поверхню. Це дозволяє не тільки економити пальне (а отже, і кошти, витрачені на ту чи іншу програму), але і прискорювати процес вивчення планет в цілому. Звичайно, настільки складні і тривалі польоти вимагають вражаючого обсягу розрахунків, що стосуються як положення небесних тіл у різні періоди місії, так і траєкторії самого апарату.
Піонери в космосі
Першими газових гігантів досягли апарати «Піонер-10» (1972 рік) і «Піонер-11» (1973 рік). В їх завдання входило збирання інформації про самих віддалених куточках Сонячної системи, проте траєкторія руху була спланована таким чином, щоб вони пройшли поблизу газових гігантів. Так, «Піонер-10» відзначився першими фотографіями поблизу Юпітера, що і стало основним досягненням цієї програми, а «Піонер-11» пролетів повз перших двох газових гігантів, що дозволило не тільки уточнити раніше отриману інформацію про Юпітері, але і провести перші вимірювання параметрів Сатурна.
Не менших успіхів домоглися запущені в 1977 році з різницею в два тижні апарати «Вояджер-1» і «Вояджер-2», вивчали Юпітер і Сатурн, пролітаючи на наддалекі дистанції. Якщо «Вояджер-1» оглянув лише Юпітер і Сатурн, то траєкторія «Вояджера-2» була куди більш витонченою: він витратив кілька років, вивчаючи всі чотири газових гіганта, а також деякі їх супутники. Зібрані цими апаратами дані (зокрема, фотографії та фізичні параметри планет) довгі десятиліття залишалися найбільш точними.
Не чекаючи закінчення попередніх місій, в 1989 році був запущений ще один апарат — космічна станція «Галілео». Основним завданням місії було вивчення Юпітера: досягнувши планети, апарат здійснив весь запланований набір досліджень і, зокрема, зробив знамениті фотографії зіткнення комети Шумейкеров — Леві 9 з Юпітером. У 2003 році місія була завершена — апарат був спалений в атмосфері Юпітера.
Слідами першопрохідців
Успіх перших проектів з вивчення віддалених планет Сонячної системи надихнув вчених і конструкторів. На відміну від проектів з дослідження Місяця, Марса, Меркурія і Венери час подорожі до газових гігантів обчислюється не тижнями і місяцями, а роками! Тому кожна наступна програма могла розпочатися лише після отримання і вивчення результатів попередньої — детальне дослідження нових наукових даних дозволяло вченим краще сформулювати цілі і завдання майбутніх місій. Так що після
АМС першого покоління «далекого польоту» пройшло досить багато часу, перш ніж людство запустило в космос наступних блукачів. Символом нової ери вивчення газових гігантів можна по праву назвати апарат «Кассіні-Гюйгенс», запущений у жовтні 1997 року. Цей проект, здійснений спільними зусиллями європейських і американських вчених і конструкторів, став найбільш яскравою сторінкою в дослідженнях Сатурна. Маючи безпрецедентну для АМС дальньої дистанції масу (більше двох тонн), цей апарат, названий на честь великих астрономів Нового часу, буквально набитий високоточним науковим обладнанням.
Почавши свій політ з серії гравітаційних маневрів в околицях Венери, «Кассіні-Гюйгенс» встиг на своєму довгому шляху до мети дослідити астероїд, зробити кілька серій фотографій поверхні Місяця, а також перевірити ряд фундаментальних фізичних теорій. Пролітаючи повз Юпітера, апарат здійснив серію спостережень за цією величезною планетою, що дозволило перевірити точність параметрів, отриманих раніше. Вже це є вражаючим набором досягнень для однієї АМС, але головна робота апарату почалася тільки в 2004 році, коли він нарешті досяг околиць Сатурна. Відкриття посипалися на науковців як з рогу достатку: окрім величезної кількості високоякісних фотографій планети і її супутників в різних частотних діапазонах, «Кассіні-Гюйгенс» передавав і багато інші дані. Так, було відкрито декілька нових невеликих супутників Сатурна, детально вивчені раніше відомі, проведені безпрецедентні дослідження поверхні самої планети.
Одним з ключових моментів цієї епопеї стала посадка в 2005 році зонда «Гюйгенс» на поверхню супутника Сатурна Титану, що завершилася повним успіхом. Перша у своєму роді посадка апарату на настільки віддалений об’єкт і зібрана ним інформація (зокрема, дослідження атмосфери і ґрунту Титану) вселили в науковців впевненість у можливості детального вивчення навіть настільки віддалених небесних об’єктів.
Натхненні успіхом цієї місії, вчені продовжили роботу, і сьогодні на край Сонячної системи поспішає ще один апарат — АМС «Юнона», яка стартувала в 2011 році до Юпітера. Він повинен досягти орбіти Юпітера до 2016 року. Попереду — ще більше дивних перельотів і приголомшливих відкриттів АМС нового покоління.