«Пионер-10», однако, нашел между орбитами Земли и Марса лишь мельчайшие пылевые частицы, распределенные довольно равномерно, но с «провалом» концентрации между отметками 1,14 и 1,34 а.е. К 5 мая 1972 г. они повредили 41 ячейку прибора MD из 108 имеющихся[26]. Число пробоев было вдвое больше, чем ожидали постановщики, но быстро уменьшалось с расстоянием от Солнца. Четыре телескопа прибора AMD тем временем зафиксировали первые 20 объектов.
Фотополяриметр IPP подтвердил, что именно эти вездесущие пылинки, а не какой-то особый пылевой хвост Земли, ответственны за противосияние – слабое свечение области неба, противоположной Солнцу. Доказательство было вполне наглядным – светящаяся область смещалась по мере движения аппарата и не была привязана к Земле, ушедшей вперед по орбите. Помимо этого, уже в мае провели пробные наблюдения Меркурия и Юпитера в режиме поляриметра, то есть с измерениями интенсивности и поляризации света.
25 мая 1972 г. станция благополучно вышла за орбиту Марса, покинув уже знакомую земным аппаратам зону Солнечной системы, а 15 июля пересекла условную границу пояса астероидов в 1,8 а.е. от Солнца. Вероятность его успешного прохождения в проекте оценивалась в 90 %, хотя реальной обстановки в этой области никто еще не знал. Первая задача «Пионера-10» как раз и состояла в том, чтобы изучить потенциальные опасности на месте.
Никаких попутных съемок не планировали, чтобы не добавлять ненужного риска, а потому «Пионер-10» спокойно прошел на расстоянии 8,8 млн км от ближайшего известного астероида. Первой на пути ему встретилась безымянная планетка диаметром 1 км из Паломар-Лейденского обзора неба – это произошло уже 2 августа. Вторым был довольно крупный (24 км) астероид Ника – станция миновала его 2 декабря.
6 августа 1972 г. выстроились в одну линию Солнце и аппараты «Пионер-9» и «Пионер-10», что позволило проследить, как солнечный ветер распространяется в пространстве между рубежами 0,8 и 2,2 а.е. от светила. В первый раз подобные наблюдения провели в апреле, только тогда напарником был «Пионер-6», а повторили в октябре вместе с «Пионером-8». Случилось так, что именно августовское соединение наложилось на серию солнечных вспышек 2 и 7 августа. Последняя была особенно мощной: всего за час выделилась энергия, которой можно было бы питать все предприятия и дома США в течение 100 млн лет!
В результате скорость солнечного ветра вблизи земной орбиты достигла рекордной величины 1000 км/с, а плотность частиц увеличилась в 4000 раз. Через 76 часов, когда этот «порыв» достиг «Пионера-10», солнечный ветер стал вдвое медленнее, а вот энергия частиц соответствовала температуре 2 млн кельвинов и была в 20 раз выше нормы. Иначе говоря, солнечный ветер каким-то образом «преобразовал» половину скорости своего движения в тепловую энергию. Сила магнитного поля, измеренного на «Пионере-10», увеличилась в это время на два порядка. Приборы CPI и CRT показали поток заряженных частиц, в 500 раз превышающий обычный, а на датчиках GTT рост был от 10 до 300 раз. Научный руководитель проекта Джон Вулф писал, что Солнце излучает как быстрые, так и медленные потоки плазмы. Плотность энергии солнечного ветра в 100 раз выше, чем у межпланетного магнитного поля, поэтому солнечный ветер тащит магнитное поле с собой. Это магнитное поле не только экранирует приходящие космические лучи и не позволяет лучам низкой энергии извне проникать во внутреннюю часть Солнечной системы, но и не дает быстрым потокам плазмы проникать в медленные потоки.
В августе 1972 г. антенна среднего усиления MGA уже не обеспечивала качественную передачу данных даже на единственную в своем роде 64-метровую калифорнийскую антенну, так что все последующие сеансы проводились только через остронаправленную антенну HGA. Соответственно, аппарат был вновь развернут осью к Земле.
В конце мая траекторные измерения показывали, что «Пионер-10» прибудет к Юпитеру с опозданием более чем на 9 минут; вскоре оценка ухудшилась до 14 минут, а это означало, что желаемый проход позади Ио не получится. Чтобы убрать возрастающую ошибку, 19–20 сентября 1972 г. провели специальную коррекцию траектории, небольшую по величине (0,227 м/с) и состоящую из 14 отдельных импульсов длительностью по 1/2 секунды и еще 11 по 1/8 секунды, которые выдавались на протяжении четырех часов между 22:05 и 02:10 UTC. Это ускорило движение КА и сместило время прибытия на 17,2 минуты назад – на 02:23:30 UTC.
15 февраля 1973 г. на расстоянии 3,7 а.е. от Солнца «Пионер-10» вышел из пояса астероидов – неповрежденным. Лишь однажды – в течение недели на отметке 2,7 а.е. – телескопы AMD отметили увеличение концентрации видимых частиц. Всего на пути от Земли до Юпитера они засекли пролеты 250 частиц, половину из них – в поясе. Ни одна из частиц не превышала в размере 1 мм.
Частота попаданий в газовые ячейки прибора MD была невелика. С 5 мая по 10 июля 1972 г. было пробито 12 ячеек из 67 остававшихся, причем шесть из них – за одну неделю (19–26 июня), а четыре – всего лишь за пятнадцать часов. Еще десять вскрылись к 9 августа, а к 20 октября пыль повредила очередные 20 ячеек, так что общий счет потерь достиг 83 из 108. Д-р Уильям Кинард и другие члены научной группы были немало удивлены: они полагали, что к этому моменту микрометеориты уже полностью покончат с их прибором.
По скорости падения давления после пробоя можно было судить о массе и размере попавшей пылинки. Выяснилось, что частиц размером от 0,1 до 1 мм в поясе астероидов втрое больше, чем вне его. Концентрация более мелких частиц, от 0,01 до 0,1 мм, оставалась неизменной на всем пути от Земли до внешней границы пояса. Самые же мелкие частицы в поясе астероидов практически отсутствовали.
Яркость противосвечения до входа в пояс снижалась довольно быстро, в поясе астероидов это падение замедлилось, а за его пределами противосвечение исчезло, как и зодиакальный свет, наблюдаемый в плоскости планетных орбит по бокам от Солнца. Иначе говоря, после выхода из пояса межпланетная пыль почти пропала.
Лишь позднее и значительно ближе к Юпитеру прибор Кинарда обнаружил пылевой пояс с концентрацией частиц в 300 раз выше нормы. Вблизи планеты было пробито десять ячеек MD из 25 уцелевших, а к 20 февраля 1974 г. – еще две. Итоговый счет составил 95 поврежденных ячеек из 108.
Статистику по частицам средней массы постановщики привели отдельно: на пути от Земли до входа в пояс астероидов они попали в 25 ячеек детектора MD, в пределах пояса – в 17 и на дальнейшем пути к Юпитеру – в 12.
Как и ожидалось, с удалением от Солнца сила межпланетного магнитного поля, плотность вещества солнечного ветра и число солнечных частиц высоких энергий снижались обратно пропорционально квадрату расстояния. На расстоянии порядка 4 а.е. быстрые потоки начинали стихать, превращаясь в случайное тепловое движение частиц.
Подводя итоги наблюдений солнечного ветра уже после Юпитера, ученые пояснили, что при столкновениях быстрых и медленных потоков возникают сильные градиенты магнитного поля, и как раз в этих зонах рассеиваются галактические космические лучи. Поэтому частицы низких энергий внесолнечного происхождения почти не встречались вплоть до рубежа 5 а.е. и не должны были быть заметны ближе 20–30 а.е.
Неожиданно выяснилось, что межзвездные нейтральные атомы водорода проникают в гелиосферу примерно в плоскости планетных орбит, а не с направления движения Солнца относительно внешней межзвездной среды под 60° к этой плоскости, как предполагали ученые. С помощью УФ-фотометра в составе межзвездного газа впервые был выявлен гелий.
Приблизившись к Юпитеру на расстояние 1,5 а.е., «Пионер-10» начал регистрировать пучки частиц высоких энергий, исходящие от планеты. Как потом выяснилось, для энергичных электронов, выброшенных из магнитосферы Юпитера, это был не предел: они доходили до земной орбиты (и регистрировались там уже несколько лет) и даже до орбиты Меркурия. Источник их, однако, оставался загадкой.
Декабрь 1973 года. «Пионер-10»
21 июня 1973 г. провели еще одну коррекцию «Пионера-10» с включением двигателей на четыре секунды и импульсом 0,127 м/с на торможение, чтобы отсрочить время прибытия до оптимального. Все было сделано правильно, однако система Юпитера оказалась чуть тяжелее, чем закладывалось в баллистические расчеты: сама планета – примерно на массу нашей Луны, ее спутники – еще на одну Луну. Притяжение было чуть-чуть сильнее расчетного, и в результате станция пришла к цели на минуту раньше назначенного времени. Все ее подсистемы работали штатно и на основных комплектах – необходимости переключиться на дублирующее устройство нигде не возникло.
31 июля Земля прошла между «Пионером-10» и Солнцем. Чтобы солнечный датчик не ослеплялся и мог отсчитывать обороты КА, ось антенны отклонили на 1,5° от направления на Солнце. Как следствие, она ушла на 1° и более от Земли, что затруднило связь.
К осени 1973 г. на Земле вступили в строй, в дополнение к первой, еще две 64-метровые антенны, обеспечившие круглосуточное сопровождение полета и считывание служебной и научной информации. Первую в серии антенну DSS-14 в Голдстоуне (Калифорния) изначально построили для приема снимков Марса с «Маринеров», и она штатно работала с 1966 г.[27] Сооружение аналогичной антенны DSS-43 в долине Тидбинбилла[28] в Австралии, вблизи Канберры, началось в декабре 1969 г. и было закончено в июле 1972 г. В период тестирования эта станция работала с пилотируемым кораблем «Аполлон-17» как дублер радиотелескопа Паркс. В апреле 1973 г. она была введена в строй и с июля несла регулярную службу. На площадку Робледо-де-Чавела в Испании строители пришли в июне 1970 г. и сдали работу в январе 1973 г.; в сентябре станция DSS-63 также была введена в эксплуатацию. Пролет «Пионера-10» у Юпитера стал боевым крещением для этих двух объектов наземного комплекса.