Что обнаружила миссия «Кассини-Гюйгенс» на Сатурне
Привет, друзья!
Последние мгновения 20-летнего путешествия миссии «Кассини» произошли 15 сентября 2017 года, когда космический аппарат мчался к своей гибели со скоростью 33,5 км/с.
Космический корабль размером с автобус ненадолго пролетел по яркому кобальтово-голубому небу Сатурна, завершив одно из самых впечатляющих научных начинаний в истории.
Когда «Кассини» погрузился в желто-коричневую атмосферу окольцованной планеты, его синее небо стало необычайно напоминать земное.
Небольшое напоминание о мире, где оно было создано.
Миссия «Кассини-Гюйгенс» («Гюйгенс» — сопутствующий космический зонд, совершивший посадку на спутник Сатурна Титан) проводилась под руководством НАСА, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства.
Но что представляла собой миссия «Кассини», что она сделала и какие самые большие открытия были сделаны на Сатурне?
Снимок Сатурна, сделанный космическим аппаратом «Кассини» 2 января 2010 года с расстояния около 2,3 миллиона километров.
Путешествие «Кассини» к Сатурну
«Кассини» стартовал в октябре 1997 года и преодолел 3,5 миллиарда километров, чтобы достичь Сатурна, по пути улавливая гравитационные импульсы от Венеры, Земли и Юпитера.
Он прибыл в июле 2004 года и спустил крошечный посадочный модуль «Гюйгенс» на поверхность гигантского спутника Титан в декабре того же года.
«Кассини» продолжил три длительных этапа научных исследований: за эти 13 лет он совершил более 290 витков вокруг планеты, зафиксировав при этом равноденствие Сатурна и часть его северного летнего солнцестояния.
График, показывающий путь миссии НАСА «Кассини» к Сатурну.
Самые большие открытия миссии NASA «Cassini»
Миссия NASA «Cassini» обнаружила семь новых лун Сатурна и исследовала десятки других.
Внешний вид их варьировался от сферического до картофелеобразного, от фрикаделькообразного до кухонной губки.
Некоторые из них размером с планету, другие эквивалентны размерам футбольного стадиона.
Более ста пролетов вблизи Титана позволили обнаружить углеводородные реки, озера и моря, а также потенциально пригодный для жизни подземный океан.
Спутник Титан виден перед Сатурном на снимке, полученном космическим аппаратом НАСА «Кассини».
«Метан играет на Титане ту же роль, что и вода на Земле, прорезая русла рек и заполняя озера и моря Титана, в то время как под ледяной корой Титана находится подземный океан», — говорит ученый проекта «Кассини» Линда Спилкер (Linda Spilker).
«Кассини» увидел струи водяного льда, вырывающиеся из трещин на южном полюсе спутника Энцелада (Enceladus).
Они служат резервуаром материала для кольца Е Сатурна и свидетельствуют о существовании глубокого мирового океана, содержащего все ингредиенты, необходимые для существования какой-либо формы жизни.
Это, пожалуй, одно из величайших астрономических открытий новейшей истории.
Тем не менее, на других спутниках, включая похожий на звезду Смерти Мимас (Mimas) с его выдающимся кратером, также могут быть океаны.
Спутник Сатурна Мимас, видимый космическим аппаратом «Кассини».
Вокруг Реи (Rhea) и Дионы (Dione) была обнаружена разреженная кислородная атмосфера, в триллионы раз тоньше нашей собственной.
Что касается самого Сатурна, то космический аппарат наблюдал сложную атмосферу на пороге сезонных изменений по мере продвижения планеты по своей 29-летней орбите.
«Кассини» занимал место у кольца, наблюдая за экзотическими штормами и струйными течениями, в том числе за северным полярным шестиугольником шириной 30 000 километров, скорость ветра в котором достигает 320 км/ч.
Аппарат сфотографировал сильные грозы днем и ночью.
Он составил карту магнитного поля планеты и наблюдал за эволюцией ежегодно повторяющейся белой бури в северном полушарии.
Вид спутника Сатурна Диона, сделанный «Кассини».
Открытия колец «Кассини»
«Пионер-11» и два космических аппарата «Вояджер» наблюдали великолепное скопление водяно-ледяных колец Сатурна более трех десятилетий назад.
Но только после прибытия миссии НАСА «Кассини» их природа была более точно понята.
Даже когда космический аппарат завершил свой Грандиозный финал (Grand Finale) из 22 «погружений» между самым внутренним краем колец Сатурна и самим газовым гигантом, он выявил удивительные новые детали.
Космический аппарат НАСА «Кассини» запечатлел эти виды пропеллера в кольце Сатурна A 21 февраля 2017 года.
Это включало элементы, похожие на солому и пропеллеры, в масштабах размером с самые высокие здания Земли.
«Вояджеры» наблюдали странные радиальные «спицы» длиной до 16 000 километров.
Данные космических аппаратов о жизненных циклах образования и рассеяния спиц подразумевали, что они действительно были мелкими частицами, подвешенными высоко над плоскостью колец за счет электростатического заряда.
«Кассини» показал, что эти спицы появились и рассеялись в течение нескольких часов.
Данные позволяют предположить, что они могут представлять собой сезонное явление на протяжении 29-летней орбиты Сатурна, исчезая в середине зимы и летом и появляясь вновь, когда планета-гигант приближается к точкам равноденствия.
Совсем недавно, снимки кольцевых спиц Сатурна, сделанные «Хабблом», выявили эти особенности более подробно.
Вид колец Сатурна, снятый космическим аппаратом «Кассини».
При ширине 282 000 километров кольца простираются на три четверти расстояния между Землей и Луной.
Их ослепительная отражательная способность объясняется тем фактом, что они на 99,9% состоят из водяного льда, а также загрязняющих веществ.
Радарные и видимые наблюдения «Кассини» – вместе с затенениями звезд — показали различные размеры кольцевых частиц, которые простираются от песчинок до валунов размером с гору.
Открытия «Кассини» на Энцеладе
Вид на спутник Сатурна Энцелад, сделанный космическим аппаратом «Кассини» 28 июня 2007 года. На заднем плане видны тени колец Сатурна, отбрасываемые на облачные вершины планеты.
Молодой фасад Энцелада, отражающий 95% падающего на него солнечного света и более яркий, чем свежевыпавший снег, был впервые замечен космическим аппаратом-близнецом «Вояджер».
Эта миссия повысила возможности криовулканизма и, возможно, существования океана, поддерживающего жизнь, под его замерзшей корой.
Четверть века спустя, в 2005 году, миссия НАСА «Кассини» обратила свой взор на Энцелад и подтвердила давние теории о том, что гейзеры водяного льда в полярном регионе, бьющие из глубоких трещин со скоростью сотни метров в секунду, были ответственны за доставку множества микроскопических частиц в кольце Е Сатурна.
Изображение Энцелада, сделанное Кассини, показывает столбы пара, прорывающиеся сквозь ледяную кору Энцелада.
Позже в том же году «Кассини» прошел непосредственно через один из шлейфов, обнаружив присутствие не только водяного пара, но и летучих веществ, таких как азот, метан и углекислый газ.
Это повысило вероятность того, что глубоко внутри Энцелада может иметь место какая-то форма гидротермальной активности.
Это укрепило теории о том, что крошечная луна может скрывать под поверхностью соленый океан, созревший для развития микробной жизни.
Тигровые полосы на Энцеладе, видимые космическим аппаратом «Кассини».
Шлейфы соленых частиц из так называемых «тигровых полос» на южном полюсе и данные о гравитационном поле, полученные «Кассини», убедительно свидетельствуют о существовании соленого океана глубиной, возможно, до 10 километров.
«Революционные открытия «Кассини» на крошечном Энцеладе включают в себя подземный глобальный соленый океан, содержащий органику, аммиак, водород и силикаты, с гидротермальными источниками на морском дне», — говорит Спилкер.
«Эти открытия фундаментально изменили многие наши представления о том, где в нашей Солнечной системе может быть обнаружена жизнь».
Посадка зонда «Гюйгенс» на Титане
Вид с посадочного модуля «Гюйгенс» на спутник Сатурна Титан, открывающий его ледяные горы.
Глубоко под мутно-оранжевыми облаками большого спутника Сатурна Титана лежит плато размером с Австралию под названием Ксанаду (Xanadu).
С 14 января 2005 года он является домом для крошечного зонда ЕКА «Гюйгенс».
До этого времени сама природа поверхности Титана — жидкая или твердая — была предметом серьезных споров.
«Гюйгенс» был спроектирован так, чтобы пережить посадку на гористой или равнинной местности и даже в озере или море.
Космический корабль «Гюйгенс» отделился от «Кассини» на Рождество 2004 года и три недели летел к месту назначения.
Миска с праздничными конфетами M&Ms в центре управления полетами во время запуска зонда «Гюйгенс» миссии «Кассини» на поверхность спутника Сатурна Титана.
Незадолго до входа в атмосферу Титана таймер пробуждения включил шесть приборов.
Спускаясь на парашюте, он столкнулся с сильным восточным ветром, который уменьшался до более мягких порывов по мере приближения к поверхности.
С высоты 15 километров на ее изображениях, казалось, была видна область дренажных каналов.
Возможно, это приводит к образованию «береговой линии» из жидкого метана вместе с завитками углеводородного приземного тумана.
Однако «Гюйгенс» приземлился на твердую почву, подняв облако органических аэрозолей и оставив 12-сантиметровую вмятину.
Он подпрыгнул, заскользил, несколько раз покачнулся, затем остановился.
Виды поверхности Титана, видимые посадочным модулем «Гюйгенс» во время его спуска на поверхность ледяной Луны, 14 января 2005 года.
В течение 90 минут зонд осматривал мрачные окрестности, усеянные покрытыми углеводородами камешками из водяного льда, обычно округлой формы и размером с кулак.
Ранние представления о липком составе, похожем на глину, позже были пересмотрены и оказались чем-то вроде ледяного «песка».
Примечательно, что бортовой микрофон «Гюйгенс» впервые уловил звуки другого небесного тела, записав рев ветра Титана во время спуска, прежде чем разрядились его батареи.
Чем закончилась миссия «Кассини»
Этот снимок атмосферы Сатурна был сделан космическим аппаратом НАСА «Кассини» во время его первого грандиозного финального пролета мимо планеты 26 апреля 2017 года.
Было рассмотрено несколько сценариев завершения миссии, включая непомерно долгий путь обратно к Юпитеру, гибель «Кассини» в результате столкновения с кольцами или лунами Сатурна.
Или выход на полустабильную орбиту захоронения.
Что касается стареющих космических аппаратов, то ни один из них не обещал быть научно прибыльным.
По мере того, как у него заканчивалось топливо, возникло еще одно беспокойство.
Риск того, что когда-нибудь давно умерший и вышедший из-под контроля «Кассини» столкнется с нетронутым Энцеладом и загрязнит его, был невыносим.
Безопасная утилизация была крайне необходима.
Наблюдение кольца E Сатурна космическим аппаратом «Cassini» в 2006 году. Кольцо E питается ледяными частицами через струи, вырывающиеся из подповерхностного океана ледяного спутника Сатурна Энцелада. Тень спутника видна как темная точка внутри кольца.
Богатая водородом атмосфера Сатурна предоставила возможность такой утилизации, а также открыла возможность получить новые сведения о формировании планет-гигантов.
В частности, считается, что загадочная область жидкого металлического водорода, расположенная глубоко внутри газообразной планеты, питает магнитное поле Сатурна.
Результатом стал Грандиозный финал: многомесячная кампания, в ходе которой космическому аппарату потребовалось совершить 22 смертельных «погружения в кольца» между планетой и ее кольцами с апреля по сентябрь 2017 года.
В ходе пяти из этих погружений «Кассини» фактически входил в верхние слои атмосферы, приближаясь на расстояние в 1700 километров к уровню атмосферы Сатурна в один бар, что примерно соответствует давлению на уровне моря на Земле.
«Это запланированное завершение миссии «Кассини» было, несомненно, предпочтительным выбором для ученых миссии», — говорит Спилкер.
«В конце своей долгой жизни «Кассини» проведет некоторые из своих самых необычных наблюдений».
В начале 2016 года космический аппарат совершил пять маневров, радикально изменив свою орбиту с экваториальной на орбиту с большим наклоном.
Северный полярный шестиугольник Сатурна, видимый космическим аппаратом «Кассини».
Столкновение с кольцом
В ноябре 2016 года в рамках миссии НАСА «Кассини» началась серия из 20 витков по «кольцевым» орбитам.
Во время них «Кассини» пролетал в пределах тысячи километров от кольца F — самой внешней границы ослепительного ожерелья Сатурна – каждую неделю в течение почти пяти месяцев.
На таком расстоянии впервые удалось напрямую отобрать образцы частиц из колец и рассмотреть объекты размером с самые высокие здания на Земле.
Фаза сближения с кольцом завершилась 22 апреля, когда «Кассини» получил гравитационное усиление от Титана, чтобы создать условия для Грандиозного финала.
Четыре дня спустя, двигаясь со скоростью 34,4 км/с, аппарат совершил свое первое погружение в промежуток между верхушками облаков Сатурна и внутренним краем самого внутреннего кольца D.
Благодаря этому «Кассини» оказался ближе к планете и ее кольцам, чем когда-либо прежде.
В качестве меры предосторожности была использована антенна с высоким коэффициентом усиления, защищающая чувствительные научные приборы от ударов частиц.
Но регион оказался на удивление свободным от пыли.
Руководитель проекта «Кассини» Эрл Мейз (Earl Maize) даже прозвал его «большой пустотой».
«Кассини» сделал много снимков Титана за свою 13-летнюю миссию на Сатурне. Миссия завершилась 15 сентября 2017 года, когда аппарат вошел в атмосферу Сатурна, но его данные по-прежнему дают научную информацию.
Кольцевые погружения
В течение следующих недель космический корабль нырял сквозь кольца каждые 6,5 дней.
Он сфотографировал их радиальную протяженность с захватывающим дух разрешением, измерив гравитационное и магнитное поля Сатурна.
И обширное картографирование его северного и южного полушарий.
Ритмично удаляясь на 1,3 миллиона километров от планеты, затем совершая новое погружение, последние пять витков космического аппарата с середины августа 2017 года обещали большую драму, большой риск и еще большую награду.
На этом этапе «Кассини» находился так близко к Сатурну, что физически мог пройти через его разреженные верхние слои атмосферы.
Были взяты пробы различных видов молекулярного водорода и гелия, исследованы мелкомасштабные структуры и проведены наблюдения за мощными полярными сияниями и быстро движущимися вихрями.
Завершая свой 292-й и последний полный оборот 12 сентября 2017 года, «Кассини» совершил далекий облет Титана.
Гравитация Луны подарила «прощальный поцелуй», скорректировав курс космического корабля и заставив его погрузиться глубоко в атмосферу Сатурна.
Последняя частичная орбита завершилась в 10:44 по восточному времени 15 сентября, и «Кассини» начал свой спуск чуть южнее экватора, в разгар сатурнианской зимы.
Завершение миссии «Кассини»
Изображение Кассини, показывающее Титан, крупнейший спутник Сатурна, за кольцами планеты. Меньший спутник Эпиметей (Epimetheus) виден на переднем плане.
На Земле, мы больше часа ничего не знали о конце полета космического аппарата.
Путешествуя со скоростью света через пропасть в 1,2 миллиарда километров между Сатурном и Землей, окончательные данные достигли электронных ушей сети дальнего космоса НАСА в 12:07 по восточному времени.
Горько-сладкий конец одной из наших самых продолжительных космических миссий.
«Кассини» исчез с лица земли и стал частью планеты, исследованию которой посвятил всю свою жизнь.
Мы можем изменить строчку известного поэта Руперта Брука (Rupert Brooke) и быть уверенными, что какой-нибудь крошечный уголок чужого газового гиганта навсегда останется Землей.
Если у вас остались вопросы или вы хотите оставить комментарий по этой статье - напишите его в разделе комментариев ниже.
До скорых встреч! Заходите!
