Loading Posts...

Cassini: история миссии к Сатурну и ее самые впечатляющие результаты

Для начала хотелось бы рассказать о моей самой любимой фотографии Сатурна, полученной Cassini еще в самом начале миссии. На ней запечатлено, по сути, солнечное затмение: Солнце заслонено газовым гигантом, а камера аппарата сделала снимок его темной стороны. На этом фото можно рассмотреть грандиозную кольцевую структуру планеты с беспрецедентными деталями. Кроме достаточно плотных и хорошо заметных с Земли внутренних колец, отчетливо видны размытые внешние кольца, опоясывающие Сатурн.

Сквозь кольца просматриваются внутренние планеты Солнечной системы — Венера, Марс и Земля с Луной — в виде точек размером всего несколько пикселей. Эта фотография была сделана в июле 2013 г., когда Cassini повернул свои камеры в сторону Земли, чтобы, так сказать, «помахать нам рукой». Такие проекты очень важны для поддержания интереса широкой публики к межпланетным миссиям и для того, чтобы каждый мог почувствовать свою причастность к исследованиям космического пространства.

Не меньшее восхищение вызывает и множество других фотографий, переданных на Землю в рамках миссии — например, те, на которых кольца Сатурна предстают во всем своем великолепии, купаясь в солнечных лучах, а также снимки огромного сатурнианского спутника Титана, окутанного дымкой верхних слоев его невероятно плотной атмосферы, ледяного Энцелада и облачных структур газового гиганта.

Я очень рад, что мне повезло стать частью команды миссии Cassini. Мы предложили свой инструментарий для нее в далеком 1989 году, а утверждение и финансирование проекта последовали в 1990-м. После этого началась череда тщательных испытаний и отладки оборудования для точной и безотказной работы в условиях открытого космоса. Запуск аппарата состоялся 15 октября 1997 г., а в 2004 г. он прибыл к месту своего назначения.

Несмотря на то, что основной целью программы было изучение самого Сатурна, немало удивительных открытий оказалось связано с его самым большим спутником — Титаном. Благодаря зонду Voyager нам уже было известно, что он окутан плотной атмосферой. Выяснилось, что температура ее приповерхностных слоев составляет около -180°C. Находясь почти в 10 раз дальше от Солнца, чем Земля, Титан получает насколько мало тепла, что у его поверхности очень холодно, и метан может существовать там во всех трех агрегатных состояниях — жидком, твердом и газообразном, как вода на Земле.

Хоть Voyager и не смог рассмотреть ничего, кроме окутывающей Титан дымки, его данных было достаточно, чтобы сделать выводы о температуре поверхности спутника и предположить, что там, как и на нашей планете, могут существовать погодные явления, связанные с циркуляцией метана. В середине 1990-х годов космическая обсерватория Hubble сделала серию снимков Титана в инфракрасном диапазоне, на которых видны темные области и светлые регионы, предположительно представляющие собой аналоги земных материков.

Британские ученые и инженеры участвовали в проектировании шести из 12 инструментов орбитального модуля и двух из шести инструментов посадочного зонда. Именно наша команда принимала участие в разработке плазма-спектрометра CAPS (Cassini Plasma Spectrometer), служащего для определения количества электронов и протонов в частицах, с которыми сталкивается аппарат, а также измерения их энергии и общего заряда. Ощущение того, что ты помог создать важную часть аппарата, UA Lunar and Planetary Laboratory NASA/JPL отправившегося в глубины космоса, непередаваемо.

Читать:  Может ли человечество достигнуть иных звездных систем?

Вместе с основным аппаратом к Сатурну полетел посадочный зонд Huygens. Его передняя часть была укрыта специальным тепловым щитом, чтобы уберечь оборудование от интенсивного нагрева во время вхождения в плотную атмосферу Титана. Газовая оболочка этого спутника частично состоит из метана, но в основном — из азота. По своему химическому составу она схожа с атмосферой Земли на ранних этапах ее существования.

Стартовая масса Cassini была настолько велика (5712 кг, включая запасы топлива бортовой двигательной установки), что его не удавалось запустить с нужной скоростью «напрямую» к Сатурну, и на пути к далекому гиганту и аппарат пришлось дополнительно разгонять, используя гравитационные маневры в окрестностях планет: дважды — при пролетах Венеры, по одному разу — Земли и Юпитера.

После прибытия к цели в 2004 г. зонд начал передавать на Землю первые фотографии, среди которых были снимки, запечатлевшие потрясающие полярные сияния. Как и Земля, Сатурн окружен магнитным полем, при взаимодействии которого с частицами солнечного ветра возникают световые явления у южного и северного полюсов (авроры). Между прочим, изучение магнитосферы и полярных сияний стало одной из основных задач нашей научной группы.

Cassini передал целую серию потрясающих снимков шестиугольной облачной структуры на северном полюсе Сатурна. Теперь ученые имеют возможность рассмотреть в деталях это удивительное атмосферное явление и постараться разгадать главную загадку, связанную с ним: что же стало причиной появления урагана поперечником почти 8 тыс. км? Возможно, уже в ближайшее время обработка данных, собранных инструментами зонда, наконец, приведет нас к ответу на этот волнующий вопрос.

Неудивительно, что самая узнаваемая особенность Сатурна — его кольца — стала объектом пристального внимания Cassini. Ему удалось заснять их с необычного ракурса — сверху.

На фотографиях, полученных в период равноденствия, когда Солнце находилось практически в плоскости кольцевой системы, появилась возможность увидеть длинные тени, отбрасываемые структурами, выступающими на несколько километров из этой плоскости, на поверхность внутренних колец.

Моря и многочисленные озера на Титане

Другим многообещающим объектом исследований стал, конечно же, самый большой спутник в семействе Сатурна — Титан. Cassini впервые получил его снимки в видимом диапазоне электромагнитного спектра со столь близкого расстояния. Уже упоминалось, что неподалеку от системы Сатурна пролетал Voyager, однако, к сожалению, сделать такие снимки он не мог. Чтобы рассмотреть самые интересные детали, необходимо использовать изображения, полученные не только в видимом свете, но также в инфракрасной и ультрафиолетовой части спектра. Совмещая полученные таким образом данные, удается «проникнуть взглядом» сквозь завесу плотной дымки, помешавшей зонду Voyager, и увидеть поверхность спутника.

Читать:  Будущие экспедиции

Стоит напомнить, что Титан — единственный спутник в Солнечной системе, у которого обнаружена по-настоящему плотная и тяжелая атмосфера, насыщенная азотом и метаном; ее давление у поверхности в полтора раза выше, чем в этом зале. Именно она является причиной появления углеводородного смога. Как оказалось, при взаимодействии солнечного света и высокоэнергетических частиц с молекулярным азотом и метаном в верхних слоях титанианской атмосферы запускаются интересные химические реакции. В результате них образуются весьма сложные структуры, в том числе бензол и другие органические молекулы. В частности, наш инструмент — электронный спектрометр — помог обнаружить много тяжелых отрицательных ионов (анионов) и сложных высокомолекулярных соединений в верхних слоях газовой оболочки спутника. В ней инструменты Cassini зарегистрировали присутствие множества удивительных химических веществ, однако самым большим сюрпризом для нас стало обнаружение исключительно тяжелых анионов — вплоть до 14 тыс. атомных единиц массы. Несомненно, количество информации, переданной зондом, огромно; к счастью, мы работаем вместе с неизменными помощниками — нашими студентами-докторантами, старательно обрабатывающими значительные объемы научных данных.

Во время снижения посадочного модуля Huygens в атмосфере Титана его бортовая камера и спектрорадиометр на четырех различных высотах производили круговую съемку, по данным которой были составлены четыре панорамы.

Как я уже говорил, поверхность Титана невероятно холодна по земным меркам — 180 градусов ниже нуля по Цельсию. Тем не менее, на ней существуют моря и озера, наполненные, по большей части, жидким метаном. Неоднократно пролетев поблизости, Cassini передал на Землю фотографии, позже использованные для составления карты расположения титанианских морей. Удивительно, что у этого спутника есть свой круговорот жидкости в природе, но только, в отличие от Земли, где его движущей силой, как известно, является вода, там в аналогичных процессах участвует метан.

Титан оказался единственным объектом Солнечной системы, помимо нашей родной планеты, на поверхности которого существует жидкость. С помощью радара, расположенного во фронтальной части аппарата Cassini, мы просканировали дно под одним из обширных метановых озер. Выяснилось, что глубина его местами достигает 160 м — приблизительно как у озера Мичиган, одного из Великих озер США. Конечно, химический состав их весьма различен…

В целом Титан по количеству удивительных открытий намного превзошел наши самые смелые предположения. Возможно, этот спутник даже представляет собой определенную стратегическую перспективу для человечества.

«Тигровые полосы» на Энцеладе напоминают по своей структуре разломы на поверхности юпитерианского спутника Европы.

Еще одна местная достопримечательность, обнаруженная аппаратом Cassini на Титане — потрясающие дюны, состоящие из тех же углеводородов, только с большей молекулярной массой. Вероятно, эти сложные соединения возникают в верхних слоях атмосферы под действием высокоэнергетических частиц, а позже оседают на поверхность, формируя дюны, подобные земным (разница в том, что у нас дюны образуются из переносимого ветром песка).

Читать:  Гражданин Асгардии

Несомненно, узнать про Титан еще больше помог исследовательский зонд Европейского космического агентства Huygens. Его камера успешно произвела съемку поверхности во время посадки. На представших нашему взору кадрах мы увидели подобие береговой линии метанового озера, а также систему каналов, промытых стекающим по твердым породам жидким метаном — виды, удивительно похожие на земные пейзажи. Некоторым людям при взгляде на такие фотографии даже кажется, что Титан мог бы стать прекрасным курортом — реки, океаны, облака… Однако не стоит забывать, что температура в -180°C вполне способна подпортить впечатления отдыхающим.

Мы также получили серию снимков поверхности Титана, сделанных после посадки зонда. Сама поверхность укрыта крупинками и «булыжниками» водяного льда различного размера, по консистенции она немного влажная и похожа на глину со слегка застывшей коркой. Помимо изображений, Huygens передал и другие научные данные, позволившие установить, например, химический состав атмосферы. В целом его миссия стала весьма успешной — аппарат совершил историческую мягкую посадку уже на четвертое по счету тело Солнечной системы (после Луны, Венеры и Марса).

Другим объектом исследований, более чем оправдавшим надежды ученых, стал еще один спутник Сатурна — Энцелад. Он находится значительно ближе к планете: в то время как средний радиус орбиты Титана примерно в 20 раз больше сатурнианского, Энцелад обращается вокруг газового гиганта всего в четырех его радиусах. Диаметр этой луны слегка превышает 500 км. Этот ледяной мир тесно взаимосвязан с кольцом E, и, как показали сделанные Cassini измерения, обладает глобальным подледным океаном, из которого под влиянием приливных сил со стороны массивного Сатурна почти постоянно вырываются огромные водяные гейзеры. На многих снимках отчетливо видно, как потоки газа, смешанного с мелкими частицами водяного льда, извергаются из глубин спутника, подсвеченные сзади солнечными лучами. Укрытая свежим снегом поверхность Энцелада обладает потрясающей отражательной способностью — лично я нахожу очень романтичным то, как он сияет на фоне черноты космоса.

Интересные данные поступили с магнитометра Cassini: с его помощью мы получили представление о магнитосфере Энцелада и даже смогли выяснить, каким образом извержения влияют на поведение магнитного поля спутника. Множество неожиданных открытий при изучении этой луны было сделано с использованием нашего прибора — например, во время исследований распределения отрицательных ионов и заряженных частиц пыли. При разработке этого прибора мы готовились с его помощью измерять энергию, прежде всего, электронов, и совсем не рассчитывали, что инструмент сумеет зарегистрировать нечто подобное.

К другим значимым открытиям миссии Cassini, сделанным с применением разработанного нашей командой спектрометра, можно отнести, среди прочего, обнаружение атмосферы у второго по величине спутника Сатурна — Реи (ее газовая оболочка состоит в основном из кислорода и углекислого газа), а также кислородной атмосферы у еще одной сатурнианской луны — Дионы.

Следующими интересными объектами для изучения стали два небольших спутника — Янус и Эпиметей. Они примечательны тем, что обращаются фактически по одной орбите — их разделяет всего 50 км. Из-за гравитационных взаимодействий каждые 4 года они даже меняются местами.

Подписывайтесь на наши каналы в Яндекс Дзен и Телеграмм
Подписаться
Уведомление о
guest
0 Комментарий
Inline Feedbacks
View all comments
Loading Posts...