Список искусственных объектов, покидающих Солнечную систему

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

Траектории дальних космических кораблей от запуска до 2030 года

Вверху: полярный вид; Внизу: экваториальный вид.

График гелиоцентрической скорости «Вояджера-2 » в зависимости от его расстояния от Солнца, иллюстрирующий использование силы гравитации 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 за счет гравитационного ускорения; это называется гравитационной помощью (или «гравитационной рогаткой»).

За пределы Солнечной системы покидают несколько космических зондов и верхние ступени их ракет-носителей , все из которых были запущены НАСА . Три зонда, «Вояджер-1» , «Вояджер-2» и «Новые горизонты» , все еще функционируют и регулярно поддерживают связь по радиосвязи, а «Пионер-10» и «Пионер-11» в настоящее время не функционируют. Помимо этих космических кораблей, некоторые верхние ступени и девращающиеся грузы покидают Солнечную систему, при условии, что они продолжат движение по своим траекториям.

Эти объекты покидают Солнечную систему, потому что их скорость и направление уводят их от Солнца, а на расстоянии от Солнца его гравитационное притяжение недостаточно, чтобы вытащить эти объекты обратно или на орбиту. Они не невосприимчивы к гравитационному притяжению Солнца и замедляются, но все еще движутся со скоростью, превышающей космическую скорость , чтобы покинуть Солнечную систему и отправиться в межзвездное пространство .

Планетарные исследовательские зонды

• «Пионер-10» — запущен в 1972 году, пролетел мимоЮпитерав 1973 году и движется в направленииАльдебарана(65 световых лет от нас) 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]
• «Пионер-11» - запущен в 1973 году, пролетел мимо Юпитера в 1974 году иСатурнав 1979 году. Контакт был потерян в ноябре 1995 года, его расстояние оценивается в 111 а.е.^[2] Космический корабль направляется к созвездиюОрла, к северо-западу от созвездияСтрельца. Если не произойдет инцидента,«Пионер-11»пройдет рядом с одной из звезд созвездия примерно через 4 миллиона лет.^[3]
• « Вояджер-2» - запущен в августе 1977 года, пролетел мимо Юпитера в 1979 году, Сатурна в 1981 году,Уранав 1986 году иНептунав 1989 году. Зонд покинулгелиосферувмежзвездное пространствона расстоянии 119 а.е. 5 ноября 2018 года.^[4] «Вояджер-2» все еще активен. Она не движется к какой-то конкретной звезде, хотя примерно через 40 000 лет она должна пройти на расстоянии 1,7 световых лет от звездыРосс 248.^[5]Если его не потревожат в течение296 000 лет, он должен пройти мимо звездыСириусна расстоянии 4,3 световых лет.^{[ нужна цитата ]}
• «Вояджер-1» — запущен в сентябре 1977 года, пролетел мимо Юпитера в 1979 году и Сатурна в 1980 году, особо приблизившись к спутнику СатурнаТитану.25 августа 2012 годазонд прошелгелиопаузумежзвездное пространство.^[6] «Вояджер-1»все еще активен.он движется к встрече со звездойГлизе 445(AC +79 3888), которая находится на расстоянии 17,6 световых лет от Земли.^[7]
• «Новые горизонты» - запущен 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).^[8]17 апреля 2021 года он достиг расстояния 50 а.е. от Солнца.^[9]

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

В зависимости от того, как на него повлияет « аномалия «Пионер », «Новые горизонты» , вероятно, также пройдут мимо зондов «Пионер» , но для этого потребуется много лет. Он обгонит «Пионер-11» в 2143 году и обгонит «Пионер-10» в 2314 году, но никогда не обгонит «Вояджеры» . ^[11]

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, ^[15] NASA SSD Simulator, ^[16] и для New Horizons. ^[17]

Скорость убегания Солнца является функцией расстояния (r) от центра Солнца, определяемой выражением

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

где произведение G M _sun — гелиоцентрический гравитационный параметр . Начальная скорость, необходимая для отрыва Солнца от его поверхности, составляет 618 км/с (1 380 000 миль в час) ^[18] и падает до 42,1 км/с (94 000 миль в час) на расстоянии Земли от Солнца (1 а.е. ) и 4,21 км. / с (9400 миль в час) на расстоянии 100 а.е. ^{[19] [20]}

• 
  Скорость и расстояние «Вояджера-1» и «Вояджера-2» от Солнца
• 
  Скорость и расстояние Пионер-10 и 11 от Солнца
• 
  Скорость и расстояние «Новых горизонтов» от Солнца.

Чтобы покинуть Солнечную систему, зонду необходимо достичь местной скорости убегания. После ухода с Земли скорость Солнца составляет 42,1 км/с. Чтобы достичь этой скорости, весьма выгодно также использовать орбитальную скорость Земли вокруг Солнца, которая составляет 29,78 км/с. Пройдя позже мимо планеты, зонд может набрать дополнительную скорость с помощью гравитации .

Этапы движения

Ракетный двигатель «Звезда-48», подобный тому, который использовался для запуска зонда «Новые горизонты».

Каждый планетарный зонд выводился на траекторию отхода с помощью многоступенчатой ​​ракеты , последняя ступень которой оказывается почти на той же траектории, что и запущенный ею зонд. Поскольку этими ступенями нельзя активно управлять, их траектории теперь отличаются от траекторий запущенных ими зондов (зонды управлялись небольшими двигателями, которые позволяли изменять курс). Однако в тех случаях, когда космический корабль приобрел скорость убегания благодаря гравитации , ступени могут иметь разный курс и существует крайне малая вероятность того, что они с чем-то столкнулись. Этапы траектории побега:

• Третья ступень «Пионер-10» — вариант ТЭ364-4 твердотопливной ракеты «Звезда-37» . ^[21]
• Четвертая ступень «Вояджера-1» — твердотопливная ракета Star 37E. ^[22]
• Четвертая ступень «Вояджера-2» — твердотопливная ракета Star 37E. ^[22]
• Третья ступень «Новых горизонтов» , твердотопливная ракета Star 48B , находится на аналогичной траектории выхода из Солнечной системы к «Новым горизонтам» , даже прибывая к Юпитеру на шесть часов раньше «Новых горизонтов» . 15 октября 2015 года он прошел орбиту Плутона на расстоянии 213 миллионов километров (более 1 а.е.) от Плутона . ^{[23] [24]} Это произошло через четыре месяца после пролета корабля New Horizons к Плутону. ^[25]

Кроме того, два небольших груза «йо-йо» на тросах использовались для уменьшения вращения зонда «Новые горизонты» перед его выпуском из ракеты третьей ступени. Как только скорость вращения была снижена, эти массы и провода были освобождены и, таким образом, также находятся на траектории выхода из Солнечной системы. ^{[26] [27]}

Ни один из вышеперечисленных объектов не отслеживается – они не имеют силовых и радиоантенн, бесконтрольно вращаются и слишком малы, чтобы их можно было обнаружить. Их точное положение неизвестно за пределами прогнозируемых траекторий ухода из Солнечной системы.

Предполагается, что третья ступень «Пионера-11» находится на солнечной орбите, поскольку ее встреча с Юпитером не привела бы к выходу из Солнечной системы. ^{[22] [ нужен лучший источник ]} «Пионер-11» набрал необходимую скорость , чтобы покинуть Солнечную систему при последующем столкновении с Сатурном. ^{[ сомнительно – обсудить ]}

19 января 2006 года космический корабль «Новые горизонты» к Плутону был запущен прямо по траектории убегания от Солнца со скоростью 16,26 километров в секунду (58 536 км / ч; 36 373 миль в час) с мыса Канаверал с использованием Atlas V и ракеты-носителя Common Core , верхняя часть Centaur. ступень и третья ступень Star 48B . ^[28] Аппарат «Новые горизонты» облетел орбиту Луны всего за девять часов. ^{[29] [30]} Последующее столкновение с Юпитером только увеличило его скорость и позволило зонду достичь Плутона на три года раньше, чем без этого столкновения.

Таким образом, единственными объектами на сегодняшний день, которые были запущены непосредственно на траекторию отхода от Солнца, были космический корабль «Новые горизонты» , его третья ступень и две деспиновые массы. Стадия «Кентавр» (вторая) « Новых горизонтов» не убегает; он находится на гелиоцентрической (солнечной) орбите с периодом 2,83 года. ^[23]

Ступени « Пионер -10» и «11» , а также «Вояджер-1» и « Кентавр» (вторая) также находятся на гелиоцентрических орбитах. ^{[27] [31]}

Будущее

Учитывая огромную пустоту межзвездного пространства, все перечисленные здесь объекты, вероятно, продолжат свое существование в глубоком космосе во временных рамках, которые, за исключением исключительно маловероятной вероятности их столкновения с другим объектом (или быть собранными им), могли бы пережить даже существование Главной Последовательности. жизнь Солнца через миллиарды лет. ^[32] Один из предполагаемых временных масштабов вероятности столкновения космического корабля «Пионер» или «Вояджер» со звездой (или остатком звезды) составляет 10 ²⁰ (100 квинтиллионов) лет. ^{[33] [34]} Однако очень маловероятно, что они наберут достаточную скорость, чтобы покинуть галактику Млечный Путь ^[33] (или ее будущее слияние с галактикой Андромеды ) в межгалактическое пространство .

Улисс

В 1990 году к Юпитеру был запущен солнечный зонд «Улисс» , чтобы выйти на гелиоцентрическую орбиту с большим наклонением над полюсами Солнца; космический корабль был остановлен в 2008 году. В настоящее время «Улисс» находится на орбите с наклоном 79 ° вокруг Солнца, а его апоапсис пересекает орбиту Юпитера. В ноябре 2098 года он совершит еще один сближение с Юпитером, пересекая орбиты Европы и Ганимеда . После этого маневра «рогатка» он, возможно, войдет в гиперболическую траекторию вокруг Солнца и в конечном итоге покинет Солнечную систему. ^[35]

В настоящее время «Улисс» отключен, так как его источник питания РИТЭГ вышел из строя, и поэтому с ним нельзя связаться, его невозможно отследить или каким-либо образом направить с 2009 года. Поэтому его точная траектория неизвестна, поскольку такие факторы, как давление солнечной радиации, могут существенно изменить путь его встречи.

Галерея

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

Смотрите также

• Межзвездный зонд
• Межгалактическое путешествие
• Список межпланетных путешествий
• Список миссий на внешние планеты
• Список внеземных орбитальных аппаратов
• Список искусственных объектов на внеземных поверхностях
• Преднамеренные аварийные посадки на инопланетные тела
• Эффект Оберта

Рекомендации

1. "Положение и данные Pioneer 10 в реальном времени" . TheSkyLive.com . Проверено 11 августа 2019 г.
2. "Положение и данные Pioneer 11 в реальном времени" . TheSkyLive.com . Проверено 11 августа 2019 г.
3. "Пионерские миссии". НАСА . 3 марта 2015 г.
4. Гилл, Виктория (10 декабря 2018 г.). «Зонд НАСА «Вояджер-2» покидает Солнечную систему». Новости BBC . Проверено 10 декабря 2018 г.
5. «Вояджер – Миссия – Межзвездная миссия» . НАСА. 22 июня 2007 года . Проверено 14 августа 2013 г.
6. Харвуд, Уильям (12 сентября 2013 г.). «Вояджер-1 наконец-то вышел в межзвездное пространство». Новости CBS . Архивировано из оригинала 13 сентября 2013 года . Проверено 6 июня 2024 г.
7. Уолл, Майк (13 сентября 2015 г.). «Межзвездный путешественник: зонд НАСА «Вояджер-1» в 40 000-летнем путешествии к далекой звезде» . Проверено 4 июня 2018 г.
8. Браун, Дуэйн (1 июля 2016 г.). «Новые горизонты получают продление миссии до пояса Койпера, Рассвет останется на Церере» (пресс-релиз). Вашингтон, округ Колумбия. НАСА. Архивировано из оригинала 20 августа 2016 года . Проверено 6 октября 2016 г.
9. «Новые горизонты НАСА достигают редкой космической вехи» . НАСА . 15 апреля 2021 г. Проверено 6 июня 2024 г.
10. Гебхардт, Крис; Голдадер, Джефф (20 августа 2011 г.). «Спустя тридцать четыре года после запуска «Вояджер-2» продолжает исследования». nasaspaceflight.com . Проверено 15 июля 2015 г.
11. Кранор, Дэвид (4 декабря 2017 г.). «Когда «Вояджеры» прошли мимо «Пионеров». Ничего более мощного . Проверено 4 декабря 2017 г.
12. "Вояджер - Межзвездная миссия" . Лаборатория реактивного движения . НАСА.
13. «Расстояние между Солнцем и Вояджером-2».
14. «Расстояние между Солнцем и Пионер-10».
15. «Вояджер – Статус миссии». Лаборатория реактивного движения . НАСА . Проверено 4 ноября 2019 г.
16. «Космический корабль, покидающий Солнечную систему». Небеса Выше . Крис Пит . Проверено 29 августа 2021 г.
17. Талберт, Триша (15 апреля 2021 г.). «Новые горизонты НАСА достигают редкой космической вехи». НАСА . Архивировано из оригинала 22 августа 2022 года . Проверено 18 апреля 2021 г.
18. «Что такое скорость убегания?». www.qrg.northwestern.edu . Проверено 25 октября 2018 г.
19. «Скорость убегания Солнца на высоте 100 а.е. - Вольфрам | Альфа» . www.wolframalpha.com .
20. «WikiHow: Как рассчитать скорость убегания» . Проверено 17 декабря 2018 г.
21. "НАСА - История запуска НАСА Гленна Пионера" ​​. НАСА . Архивировано из оригинала 13 июля 2017 года . Проверено 1 апреля 2015 г.
22. «ракеты - Где находятся верхние ступени для ступеней «Вояджера» / «Пионера»? - Обмен стека космических исследований» . stackexchange.com .
23. Стерн, Алан; Го, Яньпин (28 октября 2010 г.). «Где сцена кентавра New Horizons?». Лаборатория прикладной физики Университета Джонса Хопкинса .
24. "Двигатель третьей ступени Star 48b - Unmanned Spaceflight.com" . unmannedspaceflight.com .
25. Малик, Тарик (26 января 2006 г.). «Заброшенный ракета-носитель, которая отправит зонд от Плутона к Юпитеру». Space.com . Проверено 2 января 2019 г.
26. Пьер Бодюэн. "Новые горизонты". weebau.com .
27. «Зоны дальнего космоса и другие искусственные объекты за пределами околоземного космоса». johnstonsarchive.net .
28. Шарф, Калеб А. (25 февраля 2013 г.). «Самый быстрый космический корабль в истории?». Научный американец . Проверено 12 июля 2017 г.
29. Нойфельд, Майкл (10 июля 2015 г.). «Первая миссия на Плутон: трудное рождение новых горизонтов». Смитсоновский институт . Проверено 21 апреля 2018 г.
30. «Новые горизонты: Обзор миссии» (PDF) . Международные пусковые услуги. Январь 2006 г. Архивировано из оригинала (PDF) 9 сентября 2016 г. . Проверено 21 апреля 2018 г.
31. https://usspaceobjectsregistry.state.gov/Lists/SpaceObjects/DispFormaspx?ID=3348.html ^{[ постоянная неработающая ссылка ]}
32. «Прорываясь сквозь пустоту». Время . 20 июня 1983 года. Архивировано из оригинала 22 декабря 2008 года . Проверено 5 сентября 2011 г.
33. Бейлер-Джонс, Корин А.Л.; Фарноккья, Давиде (3 апреля 2019 г.). «Будущие облёты космических кораблей «Вояджер» и «Пионер» к звёздам. Исследовательские заметки Американского астрономического общества . 3 (59): 59. arXiv : 1912.03503 . Бибкод : 2019RNAAS...3...59B. дои : 10.3847/2515-5172/ab158e . S2CID  134524048.
34. «Расчет времени, которое потребуется космическому кораблю, чтобы найти путь к другим звездным системам» . Физика.орг . Декабрь 2019.
35. «Солнечный орбитальный аппарат Улисс завершает миссию через 18 лет» . Рейтер . Июль 2009 года.

Внешние ссылки

• Космический корабль, покидающий Солнечную систему, на сайте Heavens-above.com
• НАСА = Объяснение планетарной гравитации помогает
• Будущие пролеты космических кораблей «Вояджер» и «Пионер» определены с использованием данных Gaia Release 2.