Galileo: раскрывая тайны системы Юпитера

К настоящему времени наибольший объем информации о спутниках Юпитера ученым предоставил американский межпланетный аппарат Galileo, запущенный 18 октября 1989 г. с борта многоразового космического корабля Atlantis (миссия STS-34). Впервые он был оборудован системой регистрации изображений на основе полупроводниковой ПЗС-матрицы – главного элемента многочисленных камер, используемых сейчас для исследования планет Солнечной системы, их спутников, комет и астероидов.

Galileo должен был стать первым в истории искусственным спутником планеты-гиганта – ранее их исследовали только с пролетных траекторий. Для этого на его борту установили мощный ракетный двигатель, работавший на монометилгидразине и тетроксиде азота. Вообще этот аппарат стал «первопроходцем» по многим показателям: впервые за пределы марсианской орбиты запускался такой тяжелый рукотворный объект (общей массой 2562 кг), поэтому баллистикам пришлось сильно «удлинить» его путь, использовав технику разгона в полях тяготения Земли (в окрестностях которой он осуществил два гравиманевра) и Венеры. Опять же, впервые в ходе своей миссии автоматический разведчик сфотографировал с близкого расстояния двух «обитателей» Главного астероидного пояса – Гаспру (951 Gaspra) и Иду (243 Ida), попутно открыв у последней полуторакилометровый спутник Дактил. Наконец, во второй половине июля 1994 г. Galileo стал единственным непосредственным свидетелем падения на Юпитер двух десятков фрагментов ядра кометы Шумейкер-Леви 9 (D/1993 F2 Shoemaker-Levy 9).

К сожалению, научная продуктивность миссии оказалась сильно ограниченной из-за того, что главная антенна Galileo полностью не раскрылась и не смогла обеспечить полноценную передачу информации на Землю. Все попытки ее раскрыть «встряхиванием» аппарата с помощью двигателей ориентации закончились безуспешно. Инженерам и программистам пришлось приложить максимум усилий, чтобы оптимизировать отправку данных через вспомогательную малонаправленную антенну, но все равно их общий поток не достиг даже одного процента от проектной величины. Тем не менее, по оценкам ученых, команде миссии удалось выполнить почти 70% запланированных заданий. Опять же, впервые в истории полученная информация выкладывалась на сайт Galileo во всемирной сети, где становилась доступной широкой публике. 10 июля 1995 г. от основного аппарата отделился небольшой спускаемый модуль и устремился в атмосферу Юпитера, в которую вошел 7 декабря того же года, на протяжении примерно часа (до момента разрушения) передавая данные об окружающей среде. Днем позже Galileo также сблизился с планетой и после получасового включения главного двигателя вышел на вытянутую орбиту вокруг нее с периодом обращения 198 суток, лежащую примерно в той же плоскости, в которой движутся крупнейшие юпитерианские спутники.

Ио

Выйти на планетоцентрическую орбиту аппарату помогло сближение с Ио, гравитация которого дополнительно немного затормозила Galileo. Однако научные исследования в ходе первого пролета не планировались и не проводились. Ученые уже знали, что в этой области пространства зонд столкнется с мощными потоками заряженных частиц в радиационных поясах, а также с возможными выбросами вулканов Ио – наиболее вулканически активного тела Солнечной системы.

Всего с этим спутником Galileo сблизился семь раз, причем в ходе последнего пролета (17 января 2002 г.) прошел чуть более чем в сотне километров от его поверхности. За полгода до этого, 5 августа 2001 г., зонд провел магнитометрические исследования, установив, что глобальное магнитное поле у этой луны отсутствует, и проанализировал состав вулканических выбросов. Оказалось, что основным компонентом экзосферы Ио является сернистый газ (S02). Он же время от времени выпадает на поверхность в виде снега, местами формируя своеобразные слои «недолговечной мерзлоты», укрытой более поздними тугоплавкими отложениями. Экзосфера активно взаимодействует с радиационными поясами Юпитера, фактически участвуя в работе огромной «динамо-машины».

Ганимед

Следующим телом, с которым сблизился Galileo, стал Ганимед – самый большой спутник Солнечной системы. Это произошло 27 июня 1996 г. (минимальное расстояние от поверхности составило 835 км). Сюрпризы начались почти сразу: оказалось, что эта луна имеет собственную достаточно мощную магнитосферу. Уже на фотографиях, сделанных с больших расстояний, стали заметны полярные шапки и два доминирующих типа поверхности, отличающихся цветом и рельефом. Благодаря сравнительно большой массе Ганимеда его гравитация неоднократно использовалась для изменения орбиты космического аппарата: в частности, при первом пролете его перицентр был «поднят» за пределы наиболее опасной внутренней части радиационных поясов, а период обращения уменьшился до 72 суток.

Следующий пролет, состоявшийся 6 сентября того же года на расстоянии всего 260 км, предоставил информацию о внутреннем строении спутника – теперь ученые могли утверждать, что его недра дифференцированы (в центре имеется каменное либо железистое ядро, окруженное мантией из плотного льда, между которой и внешней ледяной корой, по-видимому, имеется океан жидкой соленой воды). Остальные четыре пролета Ганимеда прошли на расстоянии свыше тысячи километров.

Каллисто

Следующим объектом, с которым сблизился космический аппарат, стал Каллисто — наиболее далекий от Юпитера крупный спутник (второй по величине в системе газового гиганта). Первый из восьми пролетов состоялся 4 ноября 1996 г. на расстоянии 1135 км от поверхности. В данном случае обошлось без особых сюрпризов: картина, которую увидели ученые, оказалась близкой к тому, чего они ожидали.

Очень старая, практически не тронутая тектоникой поверхность Каллисто покрыта огромным количеством ударных кратеров, «накопившихся » там за миллиарды лет. Среди этих кратеров обнаружились огромные многокольцевые бассейны – крупнейшие сохранившиеся импактные структуры в Солнечной системе. Самый большой из них получил название «Вальхалла » (Valhalla); его диаметр превышает 1900 км.

Гравиметрические эксперименты показали, что Каллисто примерно на 40% состоит из водяного льда и на 60% – из скалистых пород, а его внутренняя структура почти недифференцированная.

Европа

Самый маленький из галилеевых спутников (единственный из них, который меньше нашей Луны) обращается вокруг Юпитера между Ио и Ганимедом, находясь с каждым из них в орбитальном резонансе. Первое сближение с ним состоялось 19 декабря 1996 г., а всего их было 12, причем во время самого близкого пролета расстояние до поверхности Европы составило 196 км.

Чем же так заинтересовало ученых это непримечательное на первый взгляд небесное тело? Во-первых, оказалось, что его форма почти не отличается от правильной сферы (максимальное отклонение не превысило пары сотен метров). Во-вторых, его поверхность продемонстрировала признаки исключительной молодости – очень малое количество ударных кратеров и следов взаимодействия с космической радиацией. А это, в свою очередь, проще всего объяснялось тем, что вся поверхность Европы представляет собой тонкую – толщиной не более нескольких десятков километров – ледяную кору, укрывающую глубокий глобальный водяной океан. Благодаря приливному воздействию со стороны Юпитера и других его спутников в европеанских недрах вырабатывается достаточно тепла для обеспечения энергией тектонических процессов, а возможно – и примитивных форм внеземной жизни.

Амальтея. Финал миссии

Чтобы не допустить попадания земных микроорганизмов, которые могли остаться на борту Galileo, на какой-либо из юпитерианских спутников, рабочая группа миссии приняла решение направить космический аппарат в атмосферу газового гиганта. Для этого 17 января 2002 г. был предпринят финальный гравиманевр в окрестностях Ио (минимальное расстояние до которого составило все го 102 км). К сожалению, большая часть ценных научных данных, полученных при этом сближении, оказалась потеряна из-за сбоя записывающего устройства. Наконец, 4 ноября 2002 г. зонд прошел в 160 км от небольшой луны Амальтеи, обращающейся внутри орбиты Ио недалеко от внешнего края тонких колец Юпитера.

Амальтея — последний спутник планеты Солнечной системы, открытый визуально (все последующие подобные объекты открывались фотографически либо с помощью космических аппаратов). Она оказалась каменистым телом красно-коричневого оттенка и неправильной формы размером 250x146x128 км. Вероятнее всего, это бывший астероид захваченный полем тяготения Юпитера и «переброшенный» гравитационными возмущениями со стороны его крупных спутников на нынешнюю сравнительно стабильную орбиту. Красный цвет поверхности Амальтеи объясняется выпадением на нее соединений серы, выбрасываемых вулканами соседнего Ио. Наконец, 21 сентября 2003 г., завершив свой 35-й виток вокруг Юпитера, Galileo вошел в его атмосферу с невообразимой скоростью 173,7 тыс. км/час (48,3 км/с). Первый искусственный спутник планеты-гиганта прекратил свое существование. Общая стоимость миссии составила 1,4 млрд долларов США.