Американский аппарат "Кассини", запущенный в октябре 1997г., предназначен для изучения Сатурна и его спутника Титана. Cтанция прошла мимо и Юпитера, прибыв к Сатурну 30 июня 2004г. и став первым искусственным спутником этой планеты.
"Кассини" несет на борту европейский зонд "Гюйгенс", который в январе 2005г. впервые должен опуститься на Титан - единственный в Солнечной системе спутник с плотной атмосферой. За время своей миссии "Кассини" совершит не менее 76 оборотов вокруг планеты-гиганта и 45 сближений с Титаном.
Разработка и сборка "Кассини" была осуществлена в Лаборатории реактивного движения НАСА (Jet Propulsion Laboratory, JPL). Зонд "Гюйгенс" создан Европейским космическим агентством. Весь проект обошелся более чем в 3,4 млрд. долл., 75% этой суммы выделили США. Следует заметить, что в настоящее время только НАСА делает радиоизотопные электрические генераторы, являясь тем самым монополистом в производстве аппаратов, предназначенных для изучения дальних планет. На орбите Сатурна "Кассини" должен провести не менее 4 лет, сделав 76 витков вокруг планеты, включая 45 сближений с Титаном, 3 - с Энцеладом и по одному с Фебой, Гиперионом, Дионой и Реей.
Не исключено, что миссия будет продлена и на больший срок. Ранее мимо Сатурна пролетали "Пионер-11" и "Вояджеры". В миссию "Кассини" входит изучение: атмосферы Сатурна, включая ее динамику, структуру, облака, ветры, молнии, температуру и химический состав; ионосферы и магнитного поля планеты; колец Сатурна, включая составление карты химического состава и размера частиц колец; взаимодействия колец со спутниками, ионосферой и магнитным полем Сатурна; химического состава и структуры атмосферы Титана; поверхности Титана, включая ее физическое состояние (жидкая/твердая), химический состав, рельеф и геологию; других спутников Сатурна. В частности, планируется получение снимков поверхности Титана с борта "Гюйгенса", а также составление карты Титана с помощью радара "Кассини". Траектория полета "Кассини" была рассчитана с целью минимизации затрат топлива. В результате аппарат два раза прошел мимо Венеры (в 1998г. и 1999г.), один раз мимо Земли, а также мимо Юпитера. Таким образом, в миссию станции вошли задачи по изучению Венеры и Юпитера (включая совместные эксперименты с "Галилео").
Вес "Кассини" при старте составил 5710 кг, включая 320-килограммовый "Гюйгенс", 336 кг научных приборов и 3130 кг топлива. Размеры станции составляют 6,7 м в высоту и 4 м в ширину. Магнитометр смонтирован на 11-метровой мачте, имеются также три 10-метровые выносные конструкции, выполняющие роль антенн для регистрации волн в плазме. Аппарат содержит 14 км проводов и кабелей. Орбитальный модуль "Кассини" несет 12 научных приборов, "Гюйгенс" - еще 6, что позволяет проводить 27 различных научных экспериментов. Аппарат содержит внушительную компьютерную начинку.
Фактически каждый научный инструмент снабжен собственным микрокомпьютером, а все инженерные системы - двумя (с целью повышения надежности). Основной компьютер производства фирмы IBM имеет память в два "мегаслова" (megaword). Компьтер спроектирован для применения в авиации и ранее доказал свою высокую надежность в экстремальных условиях эксплуатации. Компьютерная система имеет многоступенчатую систему защиты от ошибок и сбоев. Хранение научной и служебной информации осуществляется специальным устройством, не имеющим движущихся частией (на предшествующих аппаратах использовалась магнитная лента). Выработка электроэнергии осуществляется тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами. "Кассини" несет на борту свыше 30 кг плутония-238, который распадаясь выделяет тепло, преобразуемое в электричество.
На аппарате установлены два основных реактивных двигателя мощностью по 445 ньютонов (двигатель продублирован на случай поломки). "Кассини" также оборудован 16-ю двигателями малой тяги, используемыми для стабилизации аппарата, а также при малых орбитальных маневрах.
"Кассини" стабилизирован в трех плоскостях за счет работы двигателей, а также специальных дисковых устройств (точно направленная стабилизация аппарата достигается за счет поворота дисков, осуществляемых электромоторами) и гироскопов. Навигация осуществляется по звездам, в компьютер заложены координаты 5000 звезд.
Аппарат оборудован одной основной и двумя маломощными антеннами. Основная антенна используется для связи с Землей на частоте 8,4 Ггц, для приема данных от "Гюйгенса", а также как радар. Антенна также используется при проведении экспериментов по прохождению радиосигнала (в разных диапазонах) через атмосферы Сатурна и Титана и кольца , что позволяет определить давление в атмосферах, размер частиц колец и др. параметры. До отлета "Кассини" на значительное расстояние от Солнца 4-метровая тарелка основной антенны использовалась для защиты аппарата от солнечного излучения. Поскольку при этом антенна не была направлена на Землю, для связи использовались две маломощные антенны (в принципе для связи с Землей достаточно одной маломощной антенны).
"Кассини" оборудован двумя камерами: для обзорных снимков и для снимков небольших областей с высоким разрешением. Камеры работают не только в видимом диапазоне, но захватывают также часть инфракрасного и ультрафиолетового спектра. Электронная система камер позволяет сжимать снимки "на лету". Разрешение камеры позволяет увидеть монету диаметром 1,5 см с расстояния 4 км. Планируется получить сотни тысяч снимков.
Установленный на "Кассини" инфракрасный спектрометр предназначен для определения температуры и состава атмосферы или поверхности объекта. В частности, прибор позволяет определить распределение температуры и давления в глубину атмосферы, состав газов, а также структуру облаков и паров. Прибор работает в ближней и средней области инфракрасного излучения, его чувствительность в 10 раз превышает соответствующий показатель "Вояджеров". Еще один инфракрасный спектрометр, работающий в видимой и инфракрасной частях спектра, выполняет те же задачи, позволяя увеличить количество данных. Кроме того, дополнительный спектрометр предназначен для выявления сложных органических ("пребиотических") веществ. Ультрафиолетовый спектрометр позволяет получать детальные изображения в ультрафиолете, что поможет в определении структуры атмосфер, температуры, структуры аэрозолей в атмосферах. Радар "Кассини" (использующий основную антенну) позволит картировать поверхность Титана, а также регистрировать радиоизлучение в широком диапазоне частот (включая частоты, недоступные с Земли).
Помимо этого на станции установлен прибор по регистрации радиоволн, а также волн в плазме. "Кассини" несет приборы для изучения магнитных полей, магнитосферы, регистрации заряженных частиц, регистрации пылевых частиц.
Спускаемый аппарат "Гюйгенс" (Huygens) имеет диаметр 2,7 м. Он состоит из двух частей: защитный модуль и спускаемый модуль. Защитный модуль содержит оборудование по контролю за аппаратом после отделения от "Кассини", а также мощный защитный слой, препятствующий гибели аппарата в результате разогрева при входе в атмосферу. При снижении будут использоваться три парашута.
В спускаемом модуле находятся научные приборы, включая: анализатор структуры и физических характеристик атмосферы (этот же прибор будет записывать "звуки Титана" после посадки), спектральный радиометр (способный работать как фотокамера и делать снимки, а также регистрировать распределение температур в атмосфере и на поверхности), газ-хроматограф и масс-спектрометр для анализа химического состава атмосферы, анализатор структуры и химического состава облачных частиц и взвеси, анализатор физических характеристик поверхности. Предусматривается, что "Гюйгенс" сядет на твердую или жидкую поверхность Титана в январе 2005г. и проработает несколько десятков минут (малое время работы обусловлено разрядкой батарей в условиях крайне низких температур, а также агрссивностью среды).
Последние 13 лет космический аппарат «Кассини» безмолвно менял наше понимание Солнечной системы. Миссия «Кассини» - совместный проект американского аэрокосмического агентства NASA и Европейского космического агентства стоимостью 3,62 миллиарда долларов – заключалась в изучении газового гиганта Сатурна и его многочисленных лун. Но уже завтра эта миссия подойдет к своему в буквальном смысле пылающему концу. В пятницу, в 7:55 по восточному времени Земля перестанет получать данные от «Кассини», так как аппарат со скоростью метеора упадет в атмосферу Сатурна и будет целенаправленно уничтожен. К этому моменту астрономы готовились многие годы.
Все инструменты космического аппарата по-прежнему отлично работают, однако продолжительная миссия израсходовала практически все топливо, необходимое для коррекции орбитальной траектории движения зонда вокруг Сатурна. Но вместо того, чтобы просто позволить аппарату выйти из-под контроля и, возможно, разбиться где-нибудь еще, команда управления миссией запрограммировала компьютер зонда на вхождение в атмосферу Сатурна, чтобы уберечь спутники планеты и любые вероятные формы жизни, находящиеся на них.
Несмотря на все заслуги этого космического аппарата, «Кассини», если можно так выразиться, всегда был аутсайдером. Его миссия не была такой яркой, как миссия аппарата «Новые горизонты», пролетевшего мимо Плутона, или любой другой миссии, связанной с Марсом, куда за пару последних десятилетий американское агентство отправило не один посадочный модуль и ровер. Темы, связанные с миссией возле Сатурна, редко составляли главные заголовки новостей. Однако отсутствие хайпа никоим образом не снизило градус научной важности открытий, которые совершил «Кассини».
Если отбросить формальности, то началась она 15 октября 1997 года, когда на борту ракеты-носителя Titan IVB/Centaur «Кассини» был выведен на орбиту Земли. Запуск был совместным – ракета-носитель выводила также на орбиту и зонд «Гюйгенс», построенный Европейским космическим агентством. Этот аппарат был разработан для высадки на крупнейший спутник Сатурна Титан, откуда он смог бы передавать научные данные исследователям на Землю.
Запуск происходил не без эксцессов. Были люди, протестовавшие против запуска «Кассини» из-за опасения загрязнения среды плутониевым топливом, на основе которого работает космический аппарат. Перед отправкой «Кассини» физик Мичио Каку заявил, что если запуск окажется неудачным и произойдет взрыв ракеты, то радиоактивный материал осыплется дождем на людей, находящихся возле стартового комплекса. Агентство NASA и правительственные структуры поспешили уверить всех в том, что такая ситуация просто невозможна. К счастью, в конечном итоге запуск действительно прошел без каких-либо проблем.
Два космических аппарата прибыли к Сатурну спустя 7 лет с момента их запуска со стартового комплекса на мысе Канаверал. «Гюйгенс» высадился на Титан 14 января 2005 года. С тех пор «Кассини» совершил множество орбитальных оборотов вокруг планеты и ее спутников. Благодаря ему мы получили возможность по-новому взглянуть на эту систему, разобраться в особенности колец планеты.
Спутники
Начиная от громадного Титана и заканчивая крошечной луной Дафнис – наблюдения «Кассини» позволили узнать много нового о спутниках этой гигантской кольцевой планеты. Сатурн и его спутники в буквальном смысле можно рассматриваться как Солнечную систему в миниатюре.
Эпиметей
Елена
Гиперион
Мимас, спутник, похожий на «Звезду смерти»
Пандора
Титан и Тефия (на переднем плане)
Дафнис, создающий волны внутри колец Сатурна
Пан (похожий на пельмень)
Пять самых интересных открытий «Кассини»
Сложно перечислить весь вклад в планетарную науку, который внес «Кассини» за 13 лет своей миссии, но совсем несложно понять, как много эта миссия значит для ученых на Земле. Ниже будут представлены всего несколько самых важных открытий, совершенных этим зондом более чем за десятилетний срок его работы.
Гейзеры на Энцеладе
«Кассини» не только заметил, но и пролетел сквозь выбросы жидкой воды, выстреливаемой в космос из подповерхностного океана Энцелада. Открытие оказалось удивительным. Океан спутника, вполне возможно, имеет правильный химический состав, необходимый для жизни, что делает его одной из самых желанных целей для поиска внеземной жизни внутри Солнечной системы.
«Землеподобная» среда Титана
Наблюдая за Титаном, мы смогли узнать больше о себе. Исследование одного из самых больших спутников Сатурна открыло для нас сложный мир озер из жидкого метана и дюн из углеводородов. Для неподготовленного наблюдателя Титан может показаться похожим на Землю, но это явно чужая планета, представляющая собой идеальный пример разнообразия среди планетарных тел.
Множество спутников Сатурна
До момента отправки «Кассини» к Сатурну в 1997 году ученым было известно лишь о существовании 18 спутников, оборачивающихся вокруг кольцевого гиганта. Пока космический аппарат в течение семи лет двигался к этой планете, исследователи открыли еще 13 спутников. Однако сегодня, благодаря «Кассини», мы смогли выяснить, что Сатурн является «папой» аж 53 спутников.
Гексагональный шторм Сатурна
За время своей работы «Кассини» удалось получить по-настоящему впечатляющие изображения Сатурна, но, возможно, самыми впечатляющими и одновременно уникальными являются фотографии полюсов планеты. Нам удалось в деталях рассмотреть шестиугольный поток атмосферных течений, окружающих мощный шторм, бушующий на северном полюсе Сатурна. Согласно NASA, площадь этого урагана в 50 раз больше, чем площадь среднестатистического урагана на Земле.
Пустое место между кольцами Сатурна
Перед кульминацией миссии «Кассини» занял положение между кольцами планеты и самим Сатурном. И как выяснилось, здесь невероятно спокойно. Вместо ожидаемых пылевых завихрений, мечущихся между планетой и кольцами, «Кассини» в рамках своих последних орбитальных облетов обнаружил абсолютно пустое пространство.
Миссия, по которой будут скучать
Хотя, как уже отмечалось выше, миссия «Кассини» была не такой яркой, как марсианские, она оказалась очень полезной для современной астрономии. Каждый месяц зонд отправлял на Землю по-настоящему уникальные, ранее невиданные изображения и новые научные данные. Многие начинающие астрономы построили свои карьеры на базе этих данных.
Завершение миссии станет настоящей потерей для научного и околонаучного сообщества. Особенно на фоне того, что, помимо зонда, который займется изучением спутника Юпитера Европы, у NASA и других космических агентств нет планов, по крайней мере в видимом будущем, продолжать изучение горизонтов удаленных миров Солнечной системы вроде Сатурна, Нептуна и Урана.
Правообладатель иллюстрации
PA
Миссия зонда "Кассини" началась в уже далеком 1997 году.
Верхний снимок на фоне нашей планеты был сделан в августе 1999 года. Путешествие в 3 млрд км продолжалось около семи лет.
К середине 2004 года "Кассини" наконец достиг орбиты Сатурна с его характерными кольцами. Этот снимок сделан 7 мая 2004 года, когда аппарат находился в 28,2 млн км от планеты:
Правообладатель иллюстрации NASA
Правообладатель иллюстрации
NASA
Но вернемся немного назад. Сатурн - шестая планета, считая от Солнца. По пути к нему "Кассини" пролетел мимо другого газового гиганта - Юпитера. Это южный полюс Юпитера:
Правообладатель иллюстрации
NASA
Вокруг Сатурна вращается несколько десятков естественных спутников самого разного размера и формы, и это не считая колец, состоящих из бесчисленных мелких частиц. Самые крупные из них не превышают нескольких метров в диаметре.
Это Янус, на нем виден большой кратер. Снимок сделан в 2009 году:
Правообладатель иллюстрации
NASA
Спутники расположены на большем удалении от гигантской планеты, чем ее кольца. Янус - один из самых близких спутников. Уже 12 лет "Кассини" последовательно изучал луны Сатурна, а до колец добрался только сейчас.
Энцелад заметно крупнее, чем Янус, и расположен дальше от Сатурна. Он покрыт льдом. "Кассини" сделал этот снимок в октябре 2015 года, когда он подныривал под южный полюс Энцелада:
Правообладатель иллюстрации
NASA
Гиперион - один из дальних спутников Сатурна, и "Кассини" посетил его на одном из ранних этапов экспедиции, еще в 2005 году. Гиперион отличается неправильной формой и изрыт глубокими кратерами:
Правообладатель иллюстрации
NASA
Япет - третий по величине из спутников Сатурна. Так же, как Луна по отношению к Земле, Япет всегда обращен к своей планете одной и той же стороной. А вот это - оборотная сторона Япета. Этот снимок заслужил сравнение с символом "инь-ян":
Правообладатель иллюстрации
NASA
И, конечно, самый большой из спутников Сатурна - Титан. Здесь он запечатлен на фоне самого Сатурна:
Правообладатель иллюстрации
NASA
На фотографиях Титана из космоса нельзя различить кратеры и другие особенности рельефа, как на других спутниках Сатурна: их скрывает собственная плотная атмосфера этого небесного тела. Однако на Титане есть океаны и участки суши, даже острые горные вершины. Чтобы их рассмотреть, "Кассини" отправлял в атмосферу спутника специальный зонд "Гюйгенс"; это панорамный снимок с него:
Правообладатель иллюстрации
NASA
В течение экспедиции "Кассини" фотографировал и сам Сатурн с ракурсов, которые ранее были недоступны. Это северный полюс Сатурна. Ученые НАСА пока не поняли, что там происходит:
Правообладатель иллюстрации
NASA
А вот свежих фотографий колец Сатурна пока нет. Они будут появляться в ближайшие месяцев пять - пока у "Кассини" не закончится топливо.
Последние 13 лет космический аппарат «Кассини» безмолвно менял наше понимание Солнечной системы. Миссия «Кассини» - совместный проект американского аэрокосмического агентства NASA и Европейского космического агентства стоимостью 3,62 миллиарда долларов – заключалась в изучении газового гиганта Сатурна и его многочисленных лун. Но уже завтра эта миссия подойдет к своему в буквальном смысле пылающему концу. В пятницу, в 7:55 по восточному времени Земля перестанет получать данные от «Кассини», так как аппарат со скоростью метеора упадет в атмосферу Сатурна и будет целенаправленно уничтожен. К этому моменту астрономы готовились многие годы.
Все инструменты космического аппарата по-прежнему отлично работают, однако продолжительная миссия израсходовала практически все топливо, необходимое для коррекции орбитальной траектории движения зонда вокруг Сатурна. Но вместо того, чтобы просто позволить аппарату выйти из-под контроля и, возможно, разбиться где-нибудь еще, команда управления миссией запрограммировала компьютер зонда на вхождение в атмосферу Сатурна, чтобы уберечь спутники планеты и любые вероятные формы жизни, находящиеся на них.
Несмотря на все заслуги этого космического аппарата, «Кассини», если можно так выразиться, всегда был аутсайдером. Его миссия не была такой яркой, как миссия аппарата «Новые горизонты», пролетевшего мимо Плутона, или любой другой миссии, связанной с Марсом, куда за пару последних десятилетий американское агентство отправило не один посадочный модуль и ровер. Темы, связанные с миссией возле Сатурна, редко составляли главные заголовки новостей. Однако отсутствие хайпа никоим образом не снизило градус научной важности открытий, которые совершил «Кассини».
Если отбросить формальности, то началась она 15 октября 1997 года, когда на борту ракеты-носителя Titan IVB/Centaur «Кассини» был выведен на орбиту Земли. Запуск был совместным – ракета-носитель выводила также на орбиту и зонд «Гюйгенс», построенный Европейским космическим агентством. Этот аппарат был разработан для высадки на крупнейший спутник Сатурна Титан, откуда он смог бы передавать научные данные исследователям на Землю.
Запуск происходил не без эксцессов. Были люди, протестовавшие против запуска «Кассини» из-за опасения загрязнения среды плутониевым топливом, на основе которого работает космический аппарат. Перед отправкой «Кассини» физик Мичио Каку заявил, что если запуск окажется неудачным и произойдет взрыв ракеты, то радиоактивный материал осыплется дождем на людей, находящихся возле стартового комплекса. Агентство NASA и правительственные структуры поспешили уверить всех в том, что такая ситуация просто невозможна. К счастью, в конечном итоге запуск действительно прошел без каких-либо проблем.
Два космических аппарата прибыли к Сатурну спустя 7 лет с момента их запуска со стартового комплекса на мысе Канаверал. «Гюйгенс» высадился на Титан 14 января 2005 года. С тех пор «Кассини» совершил множество орбитальных оборотов вокруг планеты и ее спутников. Благодаря ему мы получили возможность по-новому взглянуть на эту систему, разобраться в особенности колец планеты.
Спутники
Начиная от громадного Титана и заканчивая крошечной луной Дафнис – наблюдения «Кассини» позволили узнать много нового о спутниках этой гигантской кольцевой планеты. Сатурн и его спутники в буквальном смысле можно рассматриваться как Солнечную систему в миниатюре.
Эпиметей
Елена
Гиперион
Мимас, спутник, похожий на «Звезду смерти»
Пандора
Титан и Тефия (на переднем плане)
Дафнис, создающий волны внутри колец Сатурна
Пан (похожий на пельмень)
Пять самых интересных открытий «Кассини»
Сложно перечислить весь вклад в планетарную науку, который внес «Кассини» за 13 лет своей миссии, но совсем несложно понять, как много эта миссия значит для ученых на Земле. Ниже будут представлены всего несколько самых важных открытий, совершенных этим зондом более чем за десятилетний срок его работы.
Гейзеры на Энцеладе
«Кассини» не только заметил, но и пролетел сквозь выбросы жидкой воды, выстреливаемой в космос из подповерхностного океана Энцелада. Открытие оказалось удивительным. Океан спутника, вполне возможно, имеет правильный химический состав, необходимый для жизни, что делает его одной из самых желанных целей для поиска внеземной жизни внутри Солнечной системы.
«Землеподобная» среда Титана
Наблюдая за Титаном, мы смогли узнать больше о себе. Исследование одного из самых больших спутников Сатурна открыло для нас сложный мир озер из жидкого метана и дюн из углеводородов. Для неподготовленного наблюдателя Титан может показаться похожим на Землю, но это явно чужая планета, представляющая собой идеальный пример разнообразия среди планетарных тел.
Множество спутников Сатурна
До момента отправки «Кассини» к Сатурну в 1997 году ученым было известно лишь о существовании 18 спутников, оборачивающихся вокруг кольцевого гиганта. Пока космический аппарат в течение семи лет двигался к этой планете, исследователи открыли еще 13 спутников. Однако сегодня, благодаря «Кассини», мы смогли выяснить, что Сатурн является «папой» аж 53 спутников.
Гексагональный шторм Сатурна
За время своей работы «Кассини» удалось получить по-настоящему впечатляющие изображения Сатурна, но, возможно, самыми впечатляющими и одновременно уникальными являются фотографии полюсов планеты. Нам удалось в деталях рассмотреть шестиугольный поток атмосферных течений, окружающих мощный шторм, бушующий на северном полюсе Сатурна. Согласно NASA, площадь этого урагана в 50 раз больше, чем площадь среднестатистического урагана на Земле.
Пустое место между кольцами Сатурна
Перед кульминацией миссии «Кассини» занял положение между кольцами планеты и самим Сатурном. И как выяснилось, здесь невероятно спокойно. Вместо ожидаемых пылевых завихрений, мечущихся между планетой и кольцами, «Кассини» в рамках своих последних орбитальных облетов обнаружил абсолютно пустое пространство.
Миссия, по которой будут скучать
Хотя, как уже отмечалось выше, миссия «Кассини» была не такой яркой, как марсианские, она оказалась очень полезной для современной астрономии. Каждый месяц зонд отправлял на Землю по-настоящему уникальные, ранее невиданные изображения и новые научные данные. Многие начинающие астрономы построили свои карьеры на базе этих данных.
Завершение миссии станет настоящей потерей для научного и околонаучного сообщества. Особенно на фоне того, что, помимо зонда, который займется изучением спутника Юпитера Европы, у NASA и других космических агентств нет планов, по крайней мере в видимом будущем, продолжать изучение горизонтов удаленных миров Солнечной системы вроде Сатурна, Нептуна и Урана.
Пятнадцатого сентября 2017 года, около 14:55 по московскому времени, завершил свою многолетнюю миссию «Кассини», космический аппарат, составивший самую детальную на сегодняшний день картину Сатурна. Теперь благодаря «Кассини» мы знаем о новых мирах-лунах, где могла возникнуть жизнь, об устройстве огромных и удивительных колец, а также о колоссальных штормах, существующих на газовом гиганте. Аппарат собрал огромный объем данных о единственном спутнике в Солнечной системе, обладающем собственной атмосферой, - Титане. В память об одной из самых сложных, дорогостоящих и успешных межпланетных миссий мы предлагаем вспомнить ее главные результаты.
Двадцать лет назад
Разработка миссии «Кассини-Гюйгенс» началась в 1982 году объединенной рабочей группой Национальной академии наук США и Европейского научного фонда. В создании аппарата участвовало 19 стран и три космических агентства (NASA, ESA и Итальянское космическое агентство). К тому моменту окольцованную планету уже посетили три аппарата - «Пионер-11» (1979), «Вояджер-1» (1980) и «Вояджер-2» (1981). Одним из главных открытий предыдущих миссий стало то, что крупнейший спутник Сатурна, Титан, обладает чрезвычайно плотной атмосферой, которая не позволяет напрямую исследовать его поверхность. Кроме того, стало понятно, что полюса магнитного поля планеты удивительно точно совпадают с географическими - эта необычная находка сильно осложнила, казалось бы, простую задачу: выяснить продолжительность суток на Сатурне.
Новая объединенная миссия должна была подробнее рассказать об особенностях системы Сатурна. Изначально она должна была продлиться около трех лет, а основное внимание ученых было обращено на атмосферу Титана и Сатурна, магнитосферу газового гиганта, геологию его спутников и анализ состава системы колец.
Пятнадцатого октября 1997 года аппарат стартовал с мыса Канаверал. Путешествие к Сатурну продлилось больше шести лет - «Кассини» сделал гравитационные маневры вблизи Венеры (дважды), Земли и Юпитера и лишь летом 2004 года достиг цели. Последующие открытия стали поводом к тому, чтобы трижды продлевать миссию: сначала на два года в связи с сатурнианским равноденствием, затем еще на шесть лет во время смены сезонов и, в конце концов, на «Большой финал» (Grand Finale) - заключительный четырехмесячный этап.
Посадка на Титан
Одним из самых впечатляющих результатов миссии стала посадка спускаемого зонда «Гюйгенс» на Титан 14 января 2005 года. Это уникальный спутник, обладающий плотной атмосферой (в полтора раза плотнее земной), единственный подобный объект во всей Солнечной системе. При разработке зонда исследователи учитывали ряд теорий о том, что Титан может быть покрыт метановым океаном, «Гюйгенс» был готов как к приводнению, так и к посадке на твердую почву. Как оказалось впоследствии, на Титане и правда есть резервуары с жидкостью - аммиачно-метановые моря, но они занимают сравнительно небольшую часть спутника.
«Гюйгенс» не только изучил состав атмосферы (вблизи поверхности доля метана доходит до пяти процентов, в остальном она состоит из азота), но и измерил скорость ветров вблизи поверхности спутника - она оказалась порядка нескольких метров в секунду, что сопоставимо с несильными земными ветрами. Также зонд передал снимки с поверхности Титана и даже записал звуки , окружавшие его при спуске. Последующий совместный анализ данных с «Гюйгенса» и «Кассини» позволил предположить, что под поверхностью спутника находится огромный водный океан.
Ученые также показали, что на Титане есть свой аналог круговорота воды в природе, только роль воды в нем играет метан. Точно так же как на Земле бывают водные дожди, на Титане периодически происходят метановые дожди, а рельеф и форма камней на поверхности спутника указывают на существование потоков жидкости.
Деятельность «Гюйгенса» на Титане на сегодня является примером единственной успешной посадки во внешней Солнечной системе.
Облака над Сатурном издалека похожи на мазки космической кистью - это эффект взаимодействия жидких составляющих в атмосфере планеты
Гейзеры Энцелада
В 2005 году по фотографиям и другим данным, собранным «Кассини», стало понятно, что как минимум одна из лун Сатурна геологически активна. Ранее считалось, что это невозможно, поскольку спутники остыли и располагаются слишком далеко от Солнца, однако над южным полюсом Энцелада аппарат «увидел» явные следы гейзеров - 250-километровые шлейфы воды, бьющие из под поверхности. Их источниками оказались длинные разломы на ледяной поверхности спутника - так называемые «тигровые полосы».
В последующие годы изучению этих шлейфов была посвящена значительная часть усилий миссии. Сначала исследователи доказали, что их источник - это не изолированный резервуар, наподобие подледного озера, а глобальный океан, покрывающий весь спутник. Его глубина оценивается в 45 километров, толщина льда над ним колеблется от двух до двадцати километров.
Почти два года назад аппарат совершил опасный маневр, пролетев сквозь водные шлейфы на высоте всего 49 километров над поверхностью спутника. Его масс-спектрометры зафиксировали большое количество водорода в выбросах, а также метан и углекислый газ. Их концентрации, как и сам факт наличия, указывают на то, что на дне океана идут гидротермальные процессы, которые вполне могут обеспечить энергией живые организмы. Сегодня Энцелад считается одним из самых перспективных мест Солнечной системы для зарождения внеземной жизни.
Сатурн во время солнцестояния
Рождение колец
Кольца - пожалуй, самая узнаваемая деталь Сатурна. Это растянувшаяся на сотни тысяч километров система из пылевых колец, толщина которой местами составляет лишь десятки метров. До сих пор неизвестен ни возраст колец, ни их точное происхождение. Астрономы рассматривают эту систему как прообраз молодой Солнечной системы, в которой только начинали формироваться планеты.
«Кассини» показал необыкновенную сложность и изменчивость этой системы. Так, многочисленные луны Сатурна вызывают своей гравитацией различные завихрения в кольцах, как это происходит в F-кольце под действием Пандоры и Прометея. Некоторые из колец по-прежнему формируются, как, например, E-кольцо, материал которого выбрасывают гейзеры Энцелада.
Благодаря «Кассини» был открыт новый объект в этой системе - кольцо Януса-Эпиметея, образованное из пыли и частиц породы, выброшенной в столкновениях Януса и Эпиметея с различными небесными телами. Также снимки с аппарата позволили обнаружить удивительные структуры на границе B-кольца - своеобразные «горы», поднимающиеся над плоскостью колец на 2,5 километра.
Кроме того аппарат открыл, по меньшей мере, восемь новых спутников Сатурна, изучая кольца. Среди них Полидевк, Паллена, Мефона, Анфа, Эгеон и Дафнис. Диаметр этих небесных тел не превышает нескольких километров.
Сезоны Сатурна
Одно из главных достоинств «Кассини» - большая длительность миссии. За 13 лет пребывания неподалеку от Сатурна аппарат увидел несколько смен сезонов планеты - от зимы до лета в северном полушарии (сатурнианский год длится почти 30 земных лет). Несмотря на то, что гигант находится в десять раз дальше от Солнца, чем Земля, изменения в освещенности все равно приводят к значительным изменениям в атмосфере газового гиганта. Например, гигантский гексагон, шторм правильной шестиугольной формы, который бушует на северном полюсе, сменил за время миссии свой цвет с синего на золотистый. Ученые связывают это с химическими превращениями, происходящими в атмосфере под действием увеличивающегося количества солнечного света в связи с наступлением лета.
Северный полюс Сатурна в лучах Солнца. Гигантский шестиугольник над полюсом - шторм
С сезонами связано еще одно явление на газовом гиганте - образование «спиц» в кольцах Сатурна. Это продолговатые клиновидные объекты, вращающиеся вместе с кольцами, но располагающиеся на некоторой высоте над ними. «Спицы» были обнаружены еще «Вояджерами», но благодаря «Кассини» стало понятно, что это, по всей видимости, периодическое явление, которое наблюдается в конце сатурнианской зимы.
Через год после сатурнианского равноденствия, с приходом весны в северное полушарие гиганта, исследователи обнаружили на снимках «Кассини» огромный шторм. Его площадь в восемь раз превосходила площадь поверхности Земли. Согласно показаниям приборов, в шторме вспыхивало до десяти молний в секунду. Его движущей силой также оказалось изменяющееся освещение.
Магнитное поле
Одна из задач, стоявших перед «Кассини», оказалась ему все же «не по зубам». По суточным изменениям в магнитном поле Сатурна аппарату предстояло выяснить, какова истинная продолжительность суток на планете. Обычно такие колебания наблюдаются, когда магнитное поле немного отклонено от оси вращения планеты. Но в случае Сатурна отклонение между магнитным полем и полюсами оказалось меньше 0,06 градуса.
Прямые попытки измерить скорость вращения по колебаниям магнитного поля дали довольно большой разброс - от 10,6 до 10,8 часа, в зависимости от сезона измерений и полушария, над которым находился аппарат. Ряд дополнительных измерений запланирован на «Большой финал» миссии.
И, конечно, нельзя не упомянуть сотни тысяч снимков , сделанных «Кассини» (часть из них мы уже публиковали ранее - и ), и гигабайты переданных научных данных, еще ожидающих обработки. В последнем акте миссии аппарат сделал ряд опасных измерений, недоступных ранее. В тесных (всего несколько тысяч километров над облаками) сближениях минувших четырех месяцев зонд детально исследовал гравитационное и магнитное поля Сатурна, собрал информацию о материале, из которого состоят внутренние кольца. До потери сигнала «Кассини» продолжал передавать в режиме реального времени информацию с масс-спектрометра, позволяющего определить, какие вещества окружают аппарат. На их анализ уйдет еще немало времени, и вполне возможно, что его результаты принесут новые открытия - например, наконец разрешится загадка возраста колец Сатурна. Нам же остается ждать новых публикаций от команды миссии и надеяться на скорое продолжение исследований в системе окольцованной планеты.
Владимир Королёв
Вид на кольца Сатурна C и B изнутри
