К истории открытия радиационных поясов Земли
Как известно, уже первые запуски в космос дали нам открытие изменившее наше представление об окружающем мире. Речь про радиационные пояса Земли. Согласно распространенной теории, исключительно благодаря первому американскому спутнику Explorer-I было сделано это открытие.
Часть правды в этом есть, но сама история, как это часто и бывает, куда сложнее. В этой статье я постараюсь ее раскрыть немного более подробно. Это переработанный фрагмент мой книги о «Луне» которая, надеюсь, будет издана.
Значит Explorer-I. Запуск 1 февраля 1958 года. Общая масса (вместе с последней ступенью) 14 кг. Они не разделялись. Орбита 358 на 2550 км.
Считается, что именно при изучении его сигналов впервые обнаружился весьма интересный факт: на определенной высоте регистрация заряженных частиц полностью прекращалась, прибор» не видел» даже космических лучей, присутствующих всегда. Что было так странно, что первоначально Джеймсу Ван Аллену (постановщику эксперименте) сказали, что его аппаратура банально отказала. Но он не сдался и выдвинул свою гипотезу: уровень радиации на тех высотках, куда забирается спутник так высок, что это приводит к перенасыщению датчика.
Explorer-I перед сборкой
Впоследствии эта гипотеза подтвердилось. Именно это и было открытием радиационных поясов Земли.
Собственно в такой формулировке все правильно. Но есть небольшой нюанс. Если вы откроете какие либо статьи, то, скорей всего, не найдете там научных данных, переданных именно этим спутником. Ссылка будет на более поздние аппараты.
В чем же дело? Просто информации с «Эксплорера-1», можно считать, нет. Чтобы оценить, насколько сложно было сделать это предположение, оказавшееся научным открытием, надо понимать, какие данные имелись в распоряжении группы ученых, занимавшихся расчетами.
Explorer-I был очень мал. Конечно, это было тогда все, что могли вывести США в космос, но также это означало, что на нем был очень и очень слабенький передатчик. Если с сигналы с первого советского спутника легко принимали радиолюбители, то в США для примема сигналов пришлось строить стационарные посты системы Minitrack
Внешний вид станций. Видно несколько полей антенн
Комната управления
Фрагмент антенны крупным планом
Расположение станций Minitrack. Кроме них была еще одна станция в Австралии.
Minitrack разрабатывалась для Авангарда, но использовалась для приема данных как с Эксплорера, так и советских искусственных спутников Земли
Не смотря на очень высокий коэффициент усиления, получить сигнал со спутника было сложно. Магнитофона на первом Эксплорере не было, и это означало, что прием мог осуществляться только на небольшом участке витков.
Для получения качественного сигнала желательно, чтобы в момент прохождения таких участков наземная приемная станция находилась относительно недалеко, а сам спутник при этом был удачно ориентирован. Само по себе такое совпадение всех условий в нужный момент — редкость, а к тому же большая часть сигналов тонула в посторонних шумах. В статье 1960 года прямо говорится, что большая часть сигналов с «Эксплорера-1» не обработана и непонятно, когда будет, да и будет ли обработана.
Половина всех записей телеметрии имела рейтинг — F. Полностью нечитабельные данные. Остальные были не лучше.
Но что хорошо при наличии отработанной конструкции — можно запустить еще.
На 5 марта 1958 года назначили запуск «Эксплорера-2», однако он не удался — спутник на орбиту не вышел. 26 марта в космос отправили «Эскплорер-3», и это был важный шаг вперед, даже несмотря на то, что вышел он на не расчетную орбиту. Аппаратуру для исследования микрометеоров ученые сняли, а вместо нее установили миниатюрное запоминающее устройство для записи данных во время всего витка. А счетчики Гейгера закрыли металлическим листом для снижения их чувствительности.
Explorer-III. Если сравнить с первым аппаратом можно легко заметить лист для экранирования
Миниатюрный магнитофон Explorer-III
Теперь можно было получить информацию о всей орбите при прохождении спутником перигея, в оптимальных условиях. Именно это привело к качественному прорыву и после изучения этих данных было сделано знаковое открытие.
Это произошло 2 апреля 1958 года. В этот день Ван Аленн узнал, что первые данные с «Эксплорера-3» поступили в центр обработки NRL. Взяв такси до центра, он забрал там распечатки данных, потом заглянул в аптеку чтобы купить миллиметровую бумагу и линейку. После чего он заперся в отеле.
«В 3 часа утра, я упаковал расчеты и графики и отправился домой с убеждением, что наши инструменты на обоих Explorers I и III работали должным образом, но что мы встретили новый таинственный физический эффект.» — после вспоминал Ван Аллен
Он еще не знал, что в тот же день, в его лабораторию, пришла аудиозапись данных, за которыми он ездил. Его сотрудники МакИлвейн, Рей и аспирант Джо Каспер сразу приступили к их анализу. И когда он вернулся, то увидел на своем стуле записку: «Космос радиоактивен!»
Та самая записка
Конечно на данные именно с Explorer-III Аллен позже ссылался в своих научных работах. И сформировал первое описание радиационных поясов. В те времена в научной литературе «Эксплорер-1» и «Эксплорер-3» упоминались рядом, сейчас же часто говорят только о первом аппарате, хотя основную работу в этом тандеме выполнил второй. Возможно, так поступают для простоты, а, возможно — для пущего эффекта: первый американский спутник сделал первое открытие, перевернувшее наше представление о космосе. Звучит!
Первая запись показаний счетчика Гейгера вдоль орбиты спутника «Эксплорер-3». Спад скорости счета заряженных частиц с нулевой по десятую минуту обусловлен изменением интенсивности космических лучей с широтой, а ее постоянство с 15-й и по 20-ю и с 37-й по 80-ю минуту — насыщением схемы регистрации его сигналов. Спад показаний до нуля с 20-й по 37-ю минуты свидетельствуют о перегрузке счетчика интенсивными потоками заряженных частиц
1 мая 1958 года Ван Аллен выступил на совместном заседании Национальной Академии наук и Физического общества США, где озвучил свою теорию. И скоро она получила веское подтверждение.
15 мая 1958 года — ТАСС сообщил, что на орбиту Земли вышел «Спутник-3» массой 1327 кг. Но он впечатлял и без того. Большая масса — более совершенные приборы. Данные «Спутника-3» уверенно подтвердили правоту Ван Алена и дали много новой информации о радиационных поясах. Но уже тогда началось формирование мифа об успехе американского «Эксплорера» и неудаче советских «Спутников». Вот что писал редактор журнала «Таймс»:
» »… ни один из трех тяжелых русских спутников не передал сообщений об излучении Ван Аллена. Одно из объяснений состоит в том, что русские перехитрили сами себя, отказавшись сообщить внешнему миру, как нужно интерпретировать сигналы с их спутников. Поскольку только нижние части орбит спутников проходили над советской территорией, русские ученые никогда не получали данных с больших высот. Если какой-то из советских спутников и имел запоминающее устройство, то оно не работало. Другое предположение состоит в том, что гейгеровские счетчики перегружались вблизи апогея излучением Ван Аллена и русские ученые не знали, как объяснить это необычное поведение. Собака, запущенная на втором спутнике, умерла примерно через неделю, но русские не сообщили, было ли это вызвано воздействием излучения. Вполне возможно, что они этого не знали».
Но, прочитав это замечание, Ван Аллен потребовал добавить следующие строки:
«Я выражаю существенное несогласие с разделом статьи относительно неудач советских исследователей по обнаружению захваченного излучения. По моему представлению, наша работа со спутником «Эксплорер-1» действительно обеспечила основное открытие, и я сделал первое публичное сообщение на объединенной сессии Американского Физического Общества и Национальной Академии наук США 1 мая 1958 г. Двумя неделями позже был успешно запущен советский «Спутник-3», и он обеспечил существенное подтверждение наших ранних результатов».
Казалось бы, на этом можно ставить точку. Но не все так просто. Для этого достаточно вспомнить, что за пару месяцев до первого «Эксплорера» был запущен «Спутник-2», и он уже обладал всей необходимой аппаратурой для фиксации излучения. Почему же его данные не привели к этому эпохальному открытию? Он что, ничего не зафиксировал? Как сейчас известно, фиксировал. Так в чем же дело?
Прибор СП-65 на «Спутнике-2» имел весьма сложную конструкцию и изначально предназначался для изучения Солнечной активности. У него имелось три входных устройства, расположенных под углом 120 градусов относительно друг друга. Это было сделано для того, чтобы при вращении аппарата Солнце могло попадать хотя бы в один приемник. Причем информация со всех приемников в телеметрии суммировалась. А почему нет? Когда Солнце попадает в один из приемников, в другие оно попасть никак не может, а, значит, их данные близки к нулю и не влияют на общую картину. Причем из-за вращения станции (спутник ведь был неориентированным) данные ожидали получить виде небольших всплесков в те моменты, когда Солнце попадало в поле действия одного из приемников.
Прибор включался автоматически при прохождении советских телеметрических станций. Всего получили девять фрагментов телеметрии. Их расшифровка поставила ученых в тупик. Да, иногда со спутника шел сигнал, близкий к ожидаемому. Но большая часть информации сигнализировала о неком равномерном (и весьма сильном) фоне, окружающем аппарат. Этот фон очень плавно возрастал или убывал, причем не было никаких корреляций с вращением станции, как будто Солнце светило со всех сторон. Отказ прибора? Контрольные данные свидетельствовали о его исправности. Вот здесь бы кому-нибудь воскликнуть: «Космос — радиоактивен!», как это сделали в команде Ван Алена через несколько месяцев. Увы, такого смельчака не нашлось.
Впрочем, здесь нужно также отметить, что и это были только первые шаги. Открытие поясов радиации означало появление перед учеными нового, поистине гигантского поля деятельности, его особенности ученые еще плохо себе представляли.
