Список искусственных объектов, покидающих Солнечную систему

Космические корабли, покинувшие или собирающиеся покинуть Солнечную систему, изображены в виде квадратных коробок.

Траектории дальних космических аппаратов от запуска до 2030 года

Вверху: Полярный вид; Внизу: Экваториальный вид

График гелиоцентрической скорости Voyager 2 в зависимости от его расстояния от Солнца, иллюстрирующий использование гравитационного маневра для ускорения космического корабля Юпитером, Сатурном и Ураном, и, наконец, его встречу с Тритоном Нептуна. Очень массивные планеты притягивают к себе космические корабли посредством гравитационной силы; эта сила ускоряет космический корабль. Если космический корабль не находится на траектории столкновения с планетой, и космический корабль движется быстрее, чем скорость убегания планеты, космический корабль пролетит мимо планеты, набирая скорость от гравитационного ускорения; это называется гравитационным маневром (или «гравитационной рогаткой»).

Несколько космических зондов и верхних ступеней их ракет-носителей покидают Солнечную систему , все они были запущены NASA . Три из зондов, Voyager 1 , Voyager 2 и New Horizons , все еще функционируют и регулярно выходят на связь по радио, в то время как Pioneer 10 и Pioneer 11 в настоящее время не функционируют. В дополнение к этим космическим аппаратам, некоторые верхние ступени и грузы для торможения покидают Солнечную систему, предполагая, что они продолжат движение по своим траекториям.

Эти объекты покидают Солнечную систему, потому что их скорость и направление уносят их от Солнца, и на их расстоянии от Солнца его гравитационное притяжение недостаточно, чтобы вернуть эти объекты или вывести их на орбиту. Они не непроницаемы для гравитационного притяжения Солнца и замедляются, но все еще движутся со скоростью, превышающей скорость убегания, чтобы покинуть Солнечную систему и уплыть в межзвездное пространство .

Планетарные исследовательские зонды

• Pioneer 10 – запущен в 1972 году, пролетел мимоЮпитерав 1973 году и направляется в сторонуАльдебарана(65 световых лет) в созвездииТельца. Контакт был потерян в январе 2003 года, и, по оценкам, он прошел 134астрономических единицы(а.е.; одна а.е. примерно равна среднему расстоянию между Землей и Солнцем: 150 миллионов километров (93 миллиона миль)).^[1]
• Pioneer 11 – запущен в 1973 году, пролетел мимо Юпитера в 1974 году иСатурнав 1979 году. Контакт был потерян в ноябре 1995 года, и, по оценкам, он находится в 111 а.е.^[2] Космический корабль направляется к созвездиюОрла, к северо-западу от созвездияСтрельца. Если не произойдет никаких инцидентов,Pioneer 11пройдет около одной из звезд в созвездии примерно через 4 миллиона лет.^[3]
• Voyager 2 — запущен в августе 1977 года, пролетел мимо Юпитера в 1979 году, Сатурна в 1981 году,Уранав 1986 году иНептунав 1989 году. Зонд покинулгелиосферуи вышел вмежзвездное пространствона расстоянии 119 а.е. 5 ноября 2018 года.^[4] Voyager 2все еще активен. Он не направляется к какой-либо конкретной звезде, хотя примерно через 40 000 лет он должен пройти в 1,7 световых годах от звездыРосс 248.[^5]Ross 248 и Солнце в настоящее время сближаются и пролетят мимо друг друга через 36 000 лет в пределах 3 световых лет.^[6]ЕслиVoyager 2296 000 лет,он должен пройти мимо звездыСириусна расстоянии 4,3 световых лет.^[5]
• Voyager 1 – запущен в сентябре 1977 года, пролетел мимо Юпитера в 1979 году и Сатурна в 1980 году, совершив особенно близкое сближение со спутником СатурнаТитаном. Зонд прошелгелиопаузув 121 а.е. 25 августа 2012 года, чтобы войти вмежзвездное пространство.^[7] Voyager 1все еще активен. Примерно через 40 000 лет звездаGliese 445(AC +79 3888) и Солнце пролетят мимо друг друга на расстоянии 3,45 световых лет, после того как в настоящее время находятся на расстоянии 17,6 световых лет друг от друга,^[8]причемVoyager 1в этот момент приблизится к Gliese 445 на расстояние всего 1,6 световых лет.^[5][9]
• New Horizons – запущенный в 2006 году, зонд пролетел мимо Юпитера в 2007 году иПлутона14 июля 2015 года. Он пролетел мимообъектапояса Койпера486958 Аррокот1 января 2019 года в рамках расширенной миссии пояса Койпера (KEM).^[10]17 апреля 2021 года он достиг расстояния 50 а.е. от Солнца.^[11]

Хотя другие зонды были запущены первыми, Voyager 1 достиг более высокой скорости и обогнал все остальные. Voyager 1 обогнал Voyager 2 через несколько месяцев после запуска, 19 декабря 1977 года. ^[12] Он обогнал Pioneer 11 в 1981 году, ^[13] а затем Pioneer 10 — став самым дальним от Солнца зондом — 17 февраля 1998 года. ^[14] Voyager 2 движется быстрее, чем все другие зонды, запущенные до него; он обогнал Pioneer 11 в конце 1980-х годов, а затем Pioneer 10 — став вторым по удаленности от Солнца космическим аппаратом — 18 июля 2023 года. ^{[15] [16]}

В зависимости от того, как на него повлияет « аномалия Пионера », New Horizons, вероятно, также пройдет мимо зондов Pioneer , но на это ему понадобится много лет. Он обгонит Pioneer 11 в 2143 году и Pioneer 10 в 2314 году, но никогда не обгонит Voyagers . ^[13]

Скорость и расстояние от Солнца

Чтобы представить расстояния в таблице в контексте, среднее расстояние до Плутона ( большая полуось ) составляет около 40 а.е.

Примечание: данные выше по состоянию на 24 июня 2024 г. Источник: JPL, ^[17] NASA SSD Simulator, ^[18] и для New Horizons. ^[19]

Скорость выхода из Солнца является функцией расстояния (r) от центра Солнца и определяется по формуле

${\displaystyle v_{e}={\sqrt {\frac {2GM_{\text{sun}}}{r}}},}$

где произведение G M _sun — гелиоцентрический гравитационный параметр . Начальная скорость, необходимая для того, чтобы покинуть Солнце с его поверхности, составляет 618 км/с (1 380 000 миль/ч), ^[20] и падает до 42,1 км/с (94 000 миль/ч) на расстоянии Земли от Солнца (1 а.е. ) и до 4,21 км/с (9 400 миль/ч) на расстоянии 100 а.е. ^{[21] [22]}

• 
  Скорость и расстояние Вояджера 1 и 2 от Солнца
• 
  Скорость и расстояние от Солнца «Пионера 10 и 11»
• 
  Скорость и расстояние New Horizons от Солнца.

Чтобы покинуть Солнечную систему, зонду необходимо достичь локальной скорости убегания. Скорость убегания от Солнца без влияния Земли составляет 42,1 км/с. Чтобы достичь этой скорости, весьма выгодно использовать в качестве ускорения орбитальную скорость Земли вокруг Солнца, которая составляет 29,78 км/с. Проходя позже вблизи планеты, зонд может получить дополнительную скорость за счет гравитационного маневра .

Ступени движения

Ракетный двигатель Star-48, аналогичный тому, который использовался для запуска зонда New Horizons

Каждый планетарный зонд был выведен на траекторию побега многоступенчатой ​​ракетой , последняя ступень которой оказывается почти на той же траектории, что и запущенный ею зонд. Поскольку эти ступени не могут быть активно направлены, их траектории теперь отличаются от траекторий запущенных ими зондов (зонды направлялись небольшими двигателями, которые позволяли менять курс). Однако в случаях, когда космический аппарат приобретал скорость побега из-за гравитационного маневра , ступени могут иметь не похожий курс, и существует крайне малая вероятность того, что они столкнулись с чем-то. Этапы на траектории побега:

• Третья ступень Pioneer 10 , вариант TE364-4 твердотопливной ракеты Star-37 . ^[23]
• Четвертая ступень Вояджера-1 , твердотопливная ракета Star 37E. ^[24]
• Четвертая ступень Voyager 2 , твердотопливная ракета Star 37E. ^[24]
• Третья ступень New Horizons , твердотопливная ракета Star 48B , находится на той же траектории выхода из Солнечной системы, что и New Horizons , и даже прибыла к Юпитеру на шесть часов раньше New Horizons . 15 октября 2015 года она прошла по орбите Плутона на расстоянии 213 миллионов километров (более 1 а.е.) от Плутона . ^{[25] [26]} Это произошло через четыре месяца после пролета New Horizons мимо Плутона. ^[27]

Кроме того, два небольших груза йо-йо на проводах использовались для уменьшения вращения зонда New Horizons перед его освобождением от третьей ступени ракеты. После того, как скорость вращения была снижена, эти массы и провода были освобождены, и поэтому также находятся на траектории выхода из Солнечной системы. ^{[28] [29]}

Ни один из вышеперечисленных объектов не отслеживается — у них нет ни питания, ни радиоантенн, они неконтролируемо вращаются и слишком малы, чтобы их можно было обнаружить. Их точное положение неизвестно за пределами их предполагаемых траекторий выхода из Солнечной системы.

Третья ступень «Пионера-11», как полагают, находится на солнечной орбите, поскольку его встреча с Юпитером не привела бы к выходу из Солнечной системы. ^{[24] [ необходим лучший источник ]} «Пионер-11» набрал необходимую скорость , чтобы покинуть Солнечную систему, при последующей встрече с Сатурном. ^{[ сомнительно – обсудить ]}

19 января 2006 года космический аппарат New Horizons был запущен к Плутону напрямую по траектории выхода из Солнца со скоростью 16,26 километра в секунду (58 536 км/ч; 36 373 миль/ч) с мыса Канаверал с использованием Atlas V и ускорителя Common Core , верхней ступени Centaur и третьей ступени Star 48B . ^[30] New Horizons прошёл орбиту Луны всего за девять часов. ^{[31] [32]} Последующее столкновение с Юпитером только увеличило его скорость и позволило зонду прибыть к Плутону на три года раньше, чем без этого столкновения.

Таким образом, единственными объектами, которые на сегодняшний день были запущены непосредственно на траекторию выхода из Солнца, были космический аппарат New Horizons , его третья ступень и две де-спиновые массы. Ступень New Horizons Centaur (вторая) не выходит из Солнца; она находится на гелиоцентрической (солнечной) орбите с периодом 2,83 года. ^[25]

Ступени Pioneer 10 и 11 , а также Voyager 1 и 2 Centaur (вторая) также находятся на гелиоцентрических орбитах. ^{[29] [33]}

Будущее

«Вояджер-1» и близкие сближения Солнца с другими звездами в ближайшие 100 000 лет.

Учитывая огромную пустоту межзвездного пространства, все перечисленные здесь объекты, вероятно, продолжат свое движение в глубоком космосе в сроки, которые, за исключением исключительно маловероятной возможности их столкновения с другим объектом (или поглощения им), могут пережить даже существование Главной последовательности жизни Солнца, миллиарды лет спустя. ^[34] Один из предполагаемых сроков столкновения космических аппаратов «Пионер» или «Вояджер» со звездой (или ее остатком) составляет 10 ²⁰ (100 квинтиллионов) лет. ^{[35] [36]} Однако весьма маловероятно, что они наберут достаточную скорость, чтобы покинуть галактику Млечный Путь ^[35] (или ее будущее слияние с галактикой Андромеды ) и выйти в межгалактическое пространство .

Улисс

В 1990 году солнечный зонд Ulysses был запущен к Юпитеру, чтобы достичь гелиоцентрической орбиты с высоким наклоном над полюсами Солнца; космический аппарат был закрыт в 2008 году. В настоящее время Ulysses находится на орбите с наклоном 79° вокруг Солнца, а его апоцентр пересекает орбиту Юпитера. В ноябре 2098 года он совершит еще один близкий пролет мимо Юпитера, пересекая орбиты Европы и Ганимеда . После этого маневра-пращи он, возможно, выйдет на гиперболическую траекторию вокруг Солнца и в конечном итоге покинет Солнечную систему. ^[37]

В настоящее время «Улисс» отключен, поскольку его источник питания РИТЭГ вышел из строя, и с 2009 года с ним невозможно связаться, его невозможно отслеживать или направлять каким-либо образом. Поэтому его точная траектория неизвестна, поскольку такие факторы, как давление солнечного излучения , могут существенно изменить траекторию его встречи.

Галерея

• 
  Фотография Вояджера-1 / Вояджера-2
• 
  Художественная концепция Пионера 10 / Пионера 11
• 
  Художественное представление « Пионера-10» вблизи Юпитера.
• 
  Художественное представление приближения аппарата «Новые горизонты» к Плутону .
• 
  Художественное представление « Новых горизонтов » возле Плутона .

Смотрите также

• Межзвездный зонд
• Межгалактические путешествия
• Список межпланетных путешествий
• Список миссий к внешним планетам
• Список внеземных орбитальных аппаратов
• Список искусственных объектов на внеземных поверхностях
• Преднамеренные аварийные посадки на внеземные тела
• эффект Оберта

Ссылки

1. "Pioneer 10 Live Position and Data". TheSkyLive.com . Получено 11 августа 2019 г. .
2. "Pioneer 11 Live Position and Data". TheSkyLive.com . Получено 11 августа 2019 г. .
3. "Пионерские миссии". NASA . 3 марта 2015 г.
4. Гилл, Виктория (10 декабря 2018 г.). «Зонд Nasa Voyager 2 „покидает Солнечную систему“». BBC News . Получено 10 декабря 2018 г. .
5. "Voyager – Mission – Interstellar Mission". NASA. 22 июня 2007 г. Получено 14 августа 2013 г.
6. Бейлер-Джонс, CAL (август 2022 г.). «Звезды, приближающиеся на расстояние одного парсека от Солнца: новые и более точные встречи, идентифицированные в выпуске данных Gaia 3». The Astrophysical Journal Letters . 935 (1). id. L9. arXiv : 2207.06258 . Bibcode : 2022ApJ...935L...9B. doi : 10.3847/2041-8213/ac816a .
7. Харвуд, Уильям (12 сентября 2013 г.). «Voyager 1 наконец пересекает межзвездное пространство». CBS News . Архивировано из оригинала 13 сентября 2013 г. Получено 6 июня 2024 г.
8. Бобылев, Вадим В. (март 2010 г.). «Поиск звезд, тесно сближающихся с Солнечной системой». Astronomy Letters . 36 (3): 220–226. arXiv : 1003.2160 . Bibcode :2010AstL...36..220B. doi :10.1134/S1063773710030060. S2CID  118374161.
9. Уолл, Майк (13 сентября 2015 г.). «Межзвездный путешественник: зонд NASA Voyager 1 на пути к далекой звезде длиной в 40 000 лет» . Получено 4 июня 2018 г.
10. Браун, Дуэйн (1 июля 2016 г.). «New Horizons получает продление миссии в пояс Койпера, Dawn остается на Церере» (пресс-релиз). Вашингтон, округ Колумбия. НАСА. Архивировано из оригинала 20 августа 2016 г. Получено 6 октября 2016 г.
11. "NASA's New Horizons достигает редкой космической вехи". NASA . 15 апреля 2021 г. Получено 6 июня 2024 г.
12. Гебхардт, Крис; Голдадер, Джефф (20 августа 2011 г.). «Спустя тридцать четыре года после запуска «Вояджер-2» продолжает исследования». nasaspaceflight.com . Получено 15 июля 2015 г. .
13. Cranor, David (4 декабря 2017 г.). «Когда «Вояджеры» прошли мимо «Пионеров». Ничего более мощного . Получено 4 декабря 2017 г.
14. "Voyager - The Interstellar Mission". Лаборатория реактивного движения . NASA.
15. «Расстояние между Солнцем и Вояджером-2».
16. «Расстояние между Солнцем и Пионером 10».
17. "Voyager – Mission Status". Jet Propulsion Laboratory . NASA . Получено 4 ноября 2019 г.
18. "Космический корабль покидает Солнечную систему". Heavens Above . Крис Пит . Получено 29 августа 2021 г. .
19. Талберт, Триша (15 апреля 2021 г.). «NASA's New Horizons достигает редкой космической вехи». NASA . Архивировано из оригинала 22 августа 2022 г. . Получено 18 апреля 2021 г. .
20. "Что такое вторая космическая скорость?". www.qrg.northwestern.edu . Получено 25 октября 2018 г. .
21. "Скорость выхода из Солнца на расстоянии 100 а.е. - Wolfram|Alpha". www.wolframalpha.com .
22. "WikiHow: Как рассчитать скорость убегания" . Получено 17 декабря 2018 г.
23. "NASA - NASA Glenn Pioneer Launch History". NASA . Архивировано из оригинала 13 июля 2017 г. Получено 1 апреля 2015 г.
24. "ракеты - Где находятся верхние ступени для ступеней Voyager/Pioneer? - Space Exploration Stack Exchange". stackexchange.com .
25. Stern, Alan; Guo, Yanping (28 октября 2010 г.). «Где находится этап кентавра New Horizons?». Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса .
26. "Двигатель третьей ступени Star 48b - Unmanned Spaceflight.com". unmannedspaceflight.com .
27. Малик, Тарик (26 января 2006 г.). «Заброшенный ракетный ускоритель обгонит зонд Плутон и Юпитер». Space.com . Получено 2 января 2019 г. .
28. Пьер Бодюэн. «Новые горизонты». weebau.com .
29. "Зонды дальнего космоса и другие искусственные объекты за пределами околоземного пространства". johnstonsarchive.net .
30. Шарф, Калеб А. (25 февраля 2013 г.). «Самый быстрый космический корабль в мире?». Scientific American . Получено 12 июля 2017 г.
31. Ньюфельд, Майкл (10 июля 2015 г.). «Первая миссия на Плутон: трудное рождение новых горизонтов». Смитсоновский институт . Получено 21 апреля 2018 г.
32. "New Horizons: Mission Overview" (PDF) . International Launch Services. Январь 2006 г. Архивировано из оригинала (PDF) 9 сентября 2016 г. Получено 21 апреля 2018 г.
33. https://usspaceobjectsregistry.state.gov/Lists/SpaceObjects/DispFormaspx?ID=3348.html ^{[ постоянная неработающая ссылка ]}
34. "Hurtling Through the Void". Time . 20 июня 1983 г. Архивировано из оригинала 22 декабря 2008 г. Получено 5 сентября 2011 г.
35. Bailer-Jones, Coryn AL; Farnocchia, Davide (3 апреля 2019 г.). «Будущие звездные пролеты космических аппаратов Voyager и Pioneer». Research Notes of the American Astronomical Society . 3 (59): 59. arXiv : 1912.03503 . Bibcode : 2019RNAAS...3...59B. doi : 10.3847/2515-5172/ab158e . S2CID  134524048.
36. «Расчет времени, которое потребуется космическому аппарату, чтобы найти путь к другим звездным системам». Phys.org . Декабрь 2019 г.
37. "Солнечный орбитальный аппарат Ulysses завершает миссию после 18 лет". Reuters . Июль 2009 г.

Внешние ссылки

• Космический корабль покидает Солнечную систему на heavens-above.com
• NASA = Объяснение планетарных гравитационных маневров
• Будущие пролеты космических аппаратов «Вояджер» и «Пионер» мимо звезд определены с использованием Gaia Data Release 2