Металевий супутник LAGEOS, схожий на важку кулю з безліччю скляних «очей», уже близько пів століття обертається навколо Землі й продовжує бути потрібним ученим. Усередині немає ані батарей, ані антен, ані комп’ютера, але саме ця простота робить його надзвичайно довговічним і корисним для дослідження нашої планети.
LAGEOS не фотографує Землю, не приймає команди й не передає радіосигнали. Його запустили так високо, що залишки атмосфери майже не гальмують політ, тож він може літати навколо планети ще мільйони років.
Що таке LAGEOS і навіщо його запустили
Назва LAGEOS розшифровується як Laser Geodynamics Satellite — «супутник лазерної геодинаміки». Це апарат, за допомогою якого з Землі лазерами відстежують, як змінюється сама планета: рухаються материки, поводяться розломи та обертається Земля.
Перший супутник LAGEOS-1 було запущено 4 травня 1976 року з бази Ванденберг у Каліфорнії. Попри порівняно невеликий діаметр близько 60 см, маса апарата становить приблизно 400 кілограмів. Поверхня кулі всіяна 426 скляними відбивачами — маленькими призмами, через які вона нагадує гігантську кулю для гольфу.
На цьому обладнання фактично закінчується: немає джерела живлення, електронних систем чи механізмів, які потрібно обслуговувати. Якщо й через десятки років наземна станція надішле до LAGEOS достатньо потужний лазерний імпульс, куля відповість йому точно так само, як і сьогодні.
Як працює лазерна геодинаміка з LAGEOS
Уся активна робота відбувається не в космосі, а на Землі. Наземна станція спрямовує короткий лазерний імпульс у бік супутника. Промінь потрапляє на скляні відбивачі на поверхні кулі та повертається майже в ту ж точку, де його випромінили.
Далі залишається точно виміряти час, за який світло подолало шлях туди й назад. Оскільки швидкість світла відома, із цього часу обчислюють відстань до LAGEOS. Сучасні системи дозволяють визначати її з точністю до кількох міліметрів.
Одне таке вимірювання дає лише миттєву відстань до кулі в конкретну секунду. Але супутник сам рухається за орбітою, не будучи «прив’язаним» до якогось материка. Траєкторію його руху наперед розраховують, а результати уточнюють за спостереженнями десятків станцій по всьому світу. Завдяки цьому LAGEOS слугує спільною й дуже точною точкою відліку для всієї планети.
Якщо протягом років вимірювати положення супутника з різних місць, стає помітно, як зміщується розташування самих станцій одна відносно одної, а разом з ними — й континентів.
Що вдалося дізнатися про Землю завдяки LAGEOS
Материки рухаються лише на кілька сантиметрів на рік — у повсякденному житті це непомітно, але лазерні вимірювання за LAGEOS фіксують навіть такі зміщення. Так вдалося оцінити швидкість «повзучки» континентів і відстежити зміщення ділянок уздовж великих тектонічних розломів, зокрема знаменитого розлому Сан-Андреас у Каліфорнії.
Спостереження за орбітою супутника також показали, що обертання Землі не є абсолютно рівномірним. Дані, накопичені протягом років, допомагають точніше описувати рух планети в просторі.
У 1992 році на орбіту вивели другу таку кулю — LAGEOS-2. Її збудували в Італії, а доставив на орбіту американський шатл Columbia. Вона рухається по іншій орбіті, під іншим кутом до екватора, завдяки чому наземні станції частіше бачать хоча б один із двох супутників.
За двома LAGEOS формують єдину для всієї Землі координатну сітку. Саме на неї орієнтуються навігаційні системи, у тому числі координати, які рахує GPS у вашому смартфоні.
Крім того, у 2004 році за рухом LAGEOS-1 і LAGEOS-2 перевірили одне з найбільш незвичних передбачень загальної теорії відносності Ейнштейна. Згідно з нею, обертання Землі трохи «захоплює» навколишній простір, через що орбіти супутників ледь-ледь зміщуються. Виміряний зсув орбіт виявився узгодженим із теоретичними розрахунками.
Чому куля така важка й із чого вона зроблена
Для апарата діаметром лише 60 сантиметрів маса близько 400 кілограмів може видатися завеликою. Але саме у випадку LAGEOS це перевага: що менше на нього впливають побічні сили, то стабільніша його орбіта й точніші вимірювання.
На будь-який супутник діють слабкий тиск сонячного випромінювання, залишки атмосферного повітря та магнітне поле Землі. Щоб зменшити їхній вплив, конструктори зробили LAGEOS компактним, щільним і важким. Усередині кулі знаходиться латунне осердя, яке ззовні закрито двома алюмінієвими півсферами.
Якби супутник був повністю алюмінієвим, він вийшов би надто легким, а якби цілком із латуні — занадто важким для ракети-носія. Обрана комбінація матеріалів дала потрібну щільність і одночасно зменшила чутливість кулі до впливу магнітного поля Землі.
Завдяки великій масі відносно площі поверхні зрушити LAGEOS зі шляху слабким тиском світла чи розрідженого повітря набагато складніше, ніж легкий супутник. Куляста форма теж дуже зручна: не має значення, яким саме боком апарат повернувся до Землі, адже відбивачі розташовані майже по всій поверхні.
У підсумку вийшла не стільки традиційна «космічна машина», скільки надзвичайно стабільна летюча точка відліку, придатна для високоточного вимірювання відстаней.
Чому LAGEOS не зійде з орбіти найближчим часом
Багато супутників працюють на висоті всього кількох сотень кілометрів. Там ще відчутні надзвичайно розріджені шари атмосфери, які поступово гальмують апарат. Орбіта з часом знижується, і супутник зрештою входить у щільні шари повітря, де згорає.
LAGEOS запустили значно вище — приблизно на 5900 кілометрів над поверхнею Землі. На цій висоті атмосферне гальмування настільки мале, що орбіта залишається стабільною впродовж надзвичайно довгого часу.
За оцінкою NASA, куля може повернутися в щільні шари атмосфери приблизно через 8,4 мільйона років. Це орієнтовний термін, але навіть так зрозуміло, що супутник переживе майже всі техногенні споруди людства.
Послання у майбутнє всередині кулі
Усередині LAGEOS заховані дві невеликі пластини з нержавіючої сталі з умовним посланням у далеке майбутнє, ідею якого запропонував астроном Карл Саган. На пластинах зображено числа від 1 до 10 у двійковому коді, схему Землі на орбіті навколо Сонця та три карти планети.
Перша карта показує вигляд Землі приблизно 270 мільйонів років тому, коли всі континенти об’єднувалися в єдину сушу. Друга відображає розташування материків на момент запуску LAGEOS у 1976 році.
Третя карта демонструє прогнозоване розташування континентів через 8,4 мільйона років: південь Каліфорнії вже відділений від Північної Америки й змістився в бік Тихого океану, а сам супутник повертається до Землі. Ідея в тому, що майбутні дослідники, які знайдуть апарат, зможуть за формою материків зрозуміти, скільки часу минуло від моменту запуску.
Чи має LAGEOS строк служби
У звичному розумінні терміну «ресурс» у цього супутника майже немає. Поки його скляні відбивачі залишаються неушкодженими, а наземні станції здатні посилати до нього лазерні імпульси, LAGEOS можна використовувати.
Навіть зараз за ним щодня спостерігає мережа з понад 35 станцій по всій планеті. Одна з таких установок розташована в Києві, у Голосієві, при Головній астрономічній обсерваторії. Лише протягом 2022 року київська станція зафіксувала LAGEOS і його «близнюка» лазерними вимірюваннями 90 разів.
Надзвичайна довговічність супутника — наслідок його простоти. Щоб відстежувати рух цілої планети, інженери запустили в космос важку дзеркальну кулю й зробили її настільки простою, що в ній практично нічому виходити з ладу.
