К кассини специально для проведения. Автоматическая межпланетная станция Cassini
Облака над Сатурном. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
NASA сообщило о прекращении 20-летней миссии по исследованию Сатурна. Зонд «Кассини» (назван в честь итальянского астронома Джованно Кассини — ред. ) опустился в атмосферу планеты и сгорел. Последний сигнал аппарата шел 83 минуты и достиг Земли в 14:55 мск.
Миссия «Кассини-Гюйгенс» началась в 1982 году, над ней работала объединенная рабочая группа Национальной академии наук США и Европейского научного фонда. В октябре 1997 года аппарат запустили с мыса Канаверал. На орбите Сатурна аппарат провел почти 13 лет, за это время он передал на землю 635 гигабайт данных и 453 тысячи снимков.
Орбиты планеты корабль достиг только в 2004 году, сделав до этого маневры вокруг Венеры, Земли и Юпитера. Ранее планировалось, что миссия завершится в 2008 году, ее решили продлить до 2010 года. Окончательное решение о завершении миссии приняли в 2017 году из-за нехватки топлива.
Одним из самых главных достижений миссии посадку спускаемого зонда «Гюйгенс» на Титан (крупнейший спутник Сатурна — ред. ) 14 января 2005 года. Аппарат изучил атмосферу спутника.
Метановые облака над Титаном. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Зонд делал фотографии колец Сатурна, которые состоят из частиц льда и пыли. До сих пор не известно, когда они образовались и почему. Снимки «Кассини» помогли ученым открыть новое кольцо Сатурна — кольцо Януса-Эпиметея. Аппарат изучил ранее неизвестные спутники планеты — Полидевк, Паллена, Мефона, Анфа, Эгеон и Дафнис.
Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute Снимок «Кассини» показывает волновую структуру колец Сатурна, он сделан 4 июня 2017 года. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Аппарат изучал и другой спутник Сатурна — Энцелад. По снимкам «Кассини» было видно, что на спутнике есть 250-километровые шлейфы воды, бьющие из ледяных разломов на поверхности спутника. Ученые выяснили, что подо льдом находится океан глубиной в 45 километров. Толщина льда может достигать от двух до двадцати километров.
Энцелад. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
В 2015 году «Кассини» совершил самый опасный маневр — пролетел сквозь шлейфы Энцелада. Благодаря этому, ученые выяснили, что в выбросах спутника есть химические элементы, которые могут свидетельствовать об образовании под поверхностью органических веществ.
Шлейфы Энцелада. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Последняя миссия зонда называлась Grand Finale, она заключалась в управляемом падении аппарата в атмосферу планеты. «Кассини» за это время 22 раза пролетел между поверхностью Сатурна и его кольцами (расстояние составляет примерно 2 тысячи километров).
Один из последних снимков «Кассини», сделанный 13 сентября 2017 года. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Последний снимок аппарата. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
«Это заключительная глава удивительной миссии, но это также и начало. Открытие "Кассини" океанических миров на Титане и Энцеладе изменило все, перевернув наше представление об удивительных местах для поиска потенциальной жизни за пределами Земли», — сказал заместитель администратора Научного представительства NASA Томас Зурбухен.
Центр управления миссией Cassini после получения последнего сигнала от зонда. Скриншот из транслации NASA Jet Propulsion Laboratory
Часть космической программы «Кассини-Гюйгенс». Запущен 15 октября 1997 года .
Задачи
- Исследование Сатурна
- Изучение колец Сатурна
- Изучение спутников Сатурна
- Доставка спускаемого аппарата «Гюйгенс » на Титан
Конструкция
Параметры- Вес при старте - 5710 кг, включая 320-килограммовый зонд «Гюйгенс» , 336 кг научных приборов и 3130 кг топлива.
- Размеры станции составляют 6,7 м в высоту и 4 м в ширину.
На аппарате установлены два основных реактивных двигателя тягой 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.
Инструментарий аппарата
Орбитальный блок «Кассини» несёт 12 научных приборов.
Ядерный термоэлектрический генератор
Из-за большого расстояния Сатурна от Солнца невозможно использовать солнечный свет как источник энергии для аппарата. Поэтому «Кассини» получает энергию от радиоизотопного термоэлектрического генератора (РИТЭГ), который использует для получения электричества плутоний (в данном случае - оксид плутония), использующими по 11 килограммов плутония-238 каждый (всего 32,8 килограммов плутония). Такие генераторы уже применялись для энергообеспечения других аппаратов, в частности «Галилео» и «Улисс» , и рассчитаны на очень долгий срок работы.
В конце 2011 использования установленный на «Кассини» РИТЭГ был способен вырабатывать 628 ватт .
Компьютер
Аппарат содержит внушительную компьютерную начинку. Фактически каждый научный инструмент снабжён собственным микрокомпьютером, а все инженерные системы - двумя (с целью повышения надёжности). Основной компьютер - GVSC 1750A производства фирмы IBM . Компьютер спроектирован для применения в авиации и ранее доказал свою высокую надёжность в экстремальных условиях эксплуатации. Компьютерная система имеет многоступенчатую систему защиты от ошибок и сбоев. Хранение научной и служебной информации осуществляется с помощью не имеющей движущихся частей флеш-памяти (на предшествующих аппаратах использовалась магнитная лента).
Полёт
В 2008 году НАСА продлило миссию «Кассини» до 2010 года. В конце сентября 2010 года «Кассини» начал новый этап своей миссии, получивший название «Солнцестояние» (Solstice): срок работы аппарата продлен до 2017 года, а сам зонд даст ученым возможность впервые детально изучить весь сезонный период Сатурна. Аппарат ждут несколько дополнительных сближений с Энцеладом , а также с другими спутниками газового гиганта.
Последняя фаза жизни аппарата (получившая имя «Финал оперы» (Grand Finale) по итогам голосования среди посетителей сайта НАСА) начнется в конце 2016 года. «Кассини» совершит серию потенциально опасных маневров, которые позволят астрономам взглянуть на Сатурн и его спутники с новых ракурсов. В финале планируется столкнуть «Кассини» с Сатурном и собрать уникальные данные о структуре и физических свойствах слоёв его атмосферы.
См. также
Напишите отзыв о статье "Кассини (космический аппарат)"
Примечания
Ссылки
- // «Вокруг света»
- д/ф (Би-би-си , 2005)
|
||||||||||||||||||||||||||
|
||||||||||||||||||||||||||
Отрывок, характеризующий Кассини (космический аппарат)
– Причем должен заметить, ваше сиятельство, – продолжал он, вспоминая о разговоре Долохова с Кутузовым и о последнем свидании своем с разжалованным, – что рядовой, разжалованный Долохов, на моих глазах взял в плен французского офицера и особенно отличился.– Здесь то я видел, ваше сиятельство, атаку павлоградцев, – беспокойно оглядываясь, вмешался Жерков, который вовсе не видал в этот день гусар, а только слышал о них от пехотного офицера. – Смяли два каре, ваше сиятельство.
На слова Жеркова некоторые улыбнулись, как и всегда ожидая от него шутки; но, заметив, что то, что он говорил, клонилось тоже к славе нашего оружия и нынешнего дня, приняли серьезное выражение, хотя многие очень хорошо знали, что то, что говорил Жерков, была ложь, ни на чем не основанная. Князь Багратион обратился к старичку полковнику.
– Благодарю всех, господа, все части действовали геройски: пехота, кавалерия и артиллерия. Каким образом в центре оставлены два орудия? – спросил он, ища кого то глазами. (Князь Багратион не спрашивал про орудия левого фланга; он знал уже, что там в самом начале дела были брошены все пушки.) – Я вас, кажется, просил, – обратился он к дежурному штаб офицеру.
– Одно было подбито, – отвечал дежурный штаб офицер, – а другое, я не могу понять; я сам там всё время был и распоряжался и только что отъехал… Жарко было, правда, – прибавил он скромно.
Кто то сказал, что капитан Тушин стоит здесь у самой деревни, и что за ним уже послано.
– Да вот вы были, – сказал князь Багратион, обращаясь к князю Андрею.
– Как же, мы вместе немного не съехались, – сказал дежурный штаб офицер, приятно улыбаясь Болконскому.
– Я не имел удовольствия вас видеть, – холодно и отрывисто сказал князь Андрей.
Все молчали. На пороге показался Тушин, робко пробиравшийся из за спин генералов. Обходя генералов в тесной избе, сконфуженный, как и всегда, при виде начальства, Тушин не рассмотрел древка знамени и спотыкнулся на него. Несколько голосов засмеялось.
– Каким образом орудие оставлено? – спросил Багратион, нахмурившись не столько на капитана, сколько на смеявшихся, в числе которых громче всех слышался голос Жеркова.
Тушину теперь только, при виде грозного начальства, во всем ужасе представилась его вина и позор в том, что он, оставшись жив, потерял два орудия. Он так был взволнован, что до сей минуты не успел подумать об этом. Смех офицеров еще больше сбил его с толку. Он стоял перед Багратионом с дрожащею нижнею челюстью и едва проговорил:
– Не знаю… ваше сиятельство… людей не было, ваше сиятельство.
– Вы бы могли из прикрытия взять!
Что прикрытия не было, этого не сказал Тушин, хотя это была сущая правда. Он боялся подвести этим другого начальника и молча, остановившимися глазами, смотрел прямо в лицо Багратиону, как смотрит сбившийся ученик в глаза экзаменатору.
Молчание было довольно продолжительно. Князь Багратион, видимо, не желая быть строгим, не находился, что сказать; остальные не смели вмешаться в разговор. Князь Андрей исподлобья смотрел на Тушина, и пальцы его рук нервически двигались.
– Ваше сиятельство, – прервал князь Андрей молчание своим резким голосом, – вы меня изволили послать к батарее капитана Тушина. Я был там и нашел две трети людей и лошадей перебитыми, два орудия исковерканными, и прикрытия никакого.
Князь Багратион и Тушин одинаково упорно смотрели теперь на сдержанно и взволнованно говорившего Болконского.
– И ежели, ваше сиятельство, позволите мне высказать свое мнение, – продолжал он, – то успехом дня мы обязаны более всего действию этой батареи и геройской стойкости капитана Тушина с его ротой, – сказал князь Андрей и, не ожидая ответа, тотчас же встал и отошел от стола.
Князь Багратион посмотрел на Тушина и, видимо не желая выказать недоверия к резкому суждению Болконского и, вместе с тем, чувствуя себя не в состоянии вполне верить ему, наклонил голову и сказал Тушину, что он может итти. Князь Андрей вышел за ним.
– Вот спасибо: выручил, голубчик, – сказал ему Тушин.
Князь Андрей оглянул Тушина и, ничего не сказав, отошел от него. Князю Андрею было грустно и тяжело. Всё это было так странно, так непохоже на то, чего он надеялся.
«Кто они? Зачем они? Что им нужно? И когда всё это кончится?» думал Ростов, глядя на переменявшиеся перед ним тени. Боль в руке становилась всё мучительнее. Сон клонил непреодолимо, в глазах прыгали красные круги, и впечатление этих голосов и этих лиц и чувство одиночества сливались с чувством боли. Это они, эти солдаты, раненые и нераненые, – это они то и давили, и тяготили, и выворачивали жилы, и жгли мясо в его разломанной руке и плече. Чтобы избавиться от них, он закрыл глаза.
Он забылся на одну минуту, но в этот короткий промежуток забвения он видел во сне бесчисленное количество предметов: он видел свою мать и ее большую белую руку, видел худенькие плечи Сони, глаза и смех Наташи, и Денисова с его голосом и усами, и Телянина, и всю свою историю с Теляниным и Богданычем. Вся эта история была одно и то же, что этот солдат с резким голосом, и эта то вся история и этот то солдат так мучительно, неотступно держали, давили и все в одну сторону тянули его руку. Он пытался устраняться от них, но они не отпускали ни на волос, ни на секунду его плечо. Оно бы не болело, оно было бы здорово, ежели б они не тянули его; но нельзя было избавиться от них.
Он открыл глаза и поглядел вверх. Черный полог ночи на аршин висел над светом углей. В этом свете летали порошинки падавшего снега. Тушин не возвращался, лекарь не приходил. Он был один, только какой то солдатик сидел теперь голый по другую сторону огня и грел свое худое желтое тело.
«Никому не нужен я! – думал Ростов. – Некому ни помочь, ни пожалеть. А был же и я когда то дома, сильный, веселый, любимый». – Он вздохнул и со вздохом невольно застонал.
– Ай болит что? – спросил солдатик, встряхивая свою рубаху над огнем, и, не дожидаясь ответа, крякнув, прибавил: – Мало ли за день народу попортили – страсть!
Ростов не слушал солдата. Он смотрел на порхавшие над огнем снежинки и вспоминал русскую зиму с теплым, светлым домом, пушистою шубой, быстрыми санями, здоровым телом и со всею любовью и заботою семьи. «И зачем я пошел сюда!» думал он.
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.
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.
«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.
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.
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.
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.
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.
Космический аппарат «Кассини», который был отправлен к Сатурну в 1997 году, использует очень мало топлива. Тем не менее в НАСА планируют его уничтожить, чтобы избежать случайного столкновения с одним из спутников Сатурна и его загрязнения, так как это может повлиять на инопланетную жизнь, если она, конечно, существует. Но прежде чем «Кассини» уничтожат, он будет продолжать летать между Сатурном и его кольцами и записывать как можно больше новых данных.
Как долго длится миссия по изучению Сатурна
Исследователи работали над проектированием, строительством, запуском и эксплуатацией миссии для изучения Сатурна последние три десятилетия.
Атомный космический корабль «Кассини» был запущен в октябре 1997 года, но на орбиту вокруг газового гиганта вышел только в июле 2004 года и с тех пор собирал данные о самой планете и ее спутниках. Но все хорошее рано или поздно заканчивается. А для космического зонда НАСА стоимостью 3,26 миллиарда долларов таким днем станет 15 сентября 2017 года.
Чем вызвана необходимость уничтожения аппарата
Во время пресс-конференции, которая состоялась в космическом агентстве США 4 апреля, исследователи объяснили, почему они хотят уничтожить свой космический корабль и как собираются выполнить план под названием Grand Finale. Чтобы уничтожить «Кассини», исследователи НАСА используют запасы топлива, которые еще на нем остались, и направят его на столкновение с Сатурном.
«Именно открытия "Кассини" стали причиной того, что ученые приняли решение об уничтожении аппарата», - сказал Эрл Мейз, инженер Jet Propulsion Laboratory НАСА, который руководит миссией.
Мейз имел в виду океан теплой соленой воды, который был обнаружен с помощью аппарата. Этот океан прячется под ледяной коркой Энцелады - большого спутника Сатурна, а его испарения отправляются в космос. Зонд НАСА пролетел через эту струю пара и льда в октябре 2015 года, проанализировал материал и косвенно изучил состав подповерхностного океана. Оказалось, что он способен поддерживать внеземную жизнь.
«Мы не можем позволить, чтобы аппарат непреднамеренно столкнулся с этим нетронутым объектом, - сказал Мейз. - «Кассини» должен оставаться на безопасном расстоянии. А так как мы хотели бы отправить его на Сатурн, единственный выбор - это самостоятельно уничтожить зонд, контролируя этот процесс». Но Мейз и исследователи из 19 стран не собираются позволить своему зонду сдаться без боя. Они планируют получить последние байты данных, которые может собрать робот, пока «Кассини» не встретит свой конец на Сатурне.
Цель работы космического аппарата
Еще задолго до того, как «Кассини» вышел на орбиту Сатурна в 2004 году, ученые миссии проводили анализ траектории его движения, чтобы аппарат мог свободно и безопасно передвигаться мимо гигантской газовой планеты, ее спутников и ледяных колец. Их цель - получить как можно больше новых изображений, гравитационных данных и показаний магнетизма, не подвергая корабль опасности и не используя слишком большого количества его ограниченного ракетного топлива.
Нехватка топлива
Но после 13 лет работы на расстоянии почти 1,45 миллиарда километров от Земли, топливный бак «Кассини» оказался практически пустым. Это значит, что миссия приближается к своему завершению, но как только топливо закончится, возможности ученых контролировать аппарат будут очень ограниченными. Об этом заявил Джим Грин, руководитель планетарной научной программы НАСА, во время пресс-конференции.
НАСА может направить «Кассини» к какой-то другой планете, возможно, к Урану или Нептуну. В 2010 году, однако, руководители миссии решили оставить его на орбите Сатурна, так как предполагали, что в этом случае миссия будет более эффективной с научной точки зрения. Но это фактически обрекает космический корабль на огненную смерть.
Как ученые планируют уничтожить аппарат
Официально миссия начнется 22 апреля 2017 года. Именно тогда аппарат в последний раз пролетит возле Титана - ледяного спутника Сатурна, который имеет более плотную атмосферу, чем наша планета, моря жидкого метана, и даже дождь.
Гравитация Титана будет действовать как рогатка для «Кассини». Аппарат пролетит над Сатурном (его атмосферой) и 26 апреля пройдет сквозь узкое пространство между планетой и внутренним краем ее колец.
Этот маневр станет «прощальным поцелуем» аппарата, поскольку ученые не собираются возвращать его обратно на орбиту планеты.
Последние данные
Пространство между Сатурном и его кольцами составляет чуть меньше 2 тысяч километров в ширину. «Как только аппарат подойдет так близко к планете, он обеспечит ученым лучший вид на ее полюса, чем когда-либо прежде», - утверждает Линда Спилкер, ученый проекта «Кассини» и планетарный ученый НАСА. Можно будет увидеть гигантские ураганы на северном и южном полюсах Сатурна.
Во время своего финального полета над Сатурном «Кассини» сможет очень близко подобраться к северному полюсу планеты, который до сих пор остается плохо изученным. Этот полюс имеет шестигранную форму, и возможно, приблизившись к нему, ученые смогут понять, что способствует таким его четким параметрам.
«Кассини» также сделает фото сияния полюсов Сатурна, сможет определить, из какого материала состоят массивные кольца планеты, и даже изучить, что прячется под его облаками.
Чувствительные магнитные и гравитационные измерения, которые «Кассини» не мог сделать ранее из орбиты планеты, помогут ответить на вопросы о внутренней структуре Сатурна, в том числе, насколько большим является его скалистое ядро, а также как быстро вокруг него вращается оболочка металлического водорода.
«Как быстро вращается Сатурн? - вопрошает Спилкер. - Если наклон к магнитному полю небольшой, это поможет нам вычислить длину его дня». За несколько часов до своего финального погружения 15 сентября 2017 года аппарат отправит на Землю последнюю партию изображений и затем будет готов к уничтожению.
Прощание с «Кассини»
«Кассини» является 2,78-тонным роботом, оснащенным тонкими инструментами, которые не предназначены для того, чтобы пробираться сквозь ледяной материал колец Сатурна со скоростью больше 112 тысяч километров в час. Кроме того, он не был сконструирован для того, чтобы окунуться в атмосферу газового гиганта и продолжать работать, отправляя ученым данные.
Тем не менее ученые, которые руководят миссией, говорят, что они собираются сделать все возможное, чтобы защитить инструменты от повреждений и сохранить данные до последнего момента работы аппарата. В первую очередь, они собираются сделать это с помощью основной конусообразной антенны, используя ее как щит для камеры и других важных частей аппарата. Но даже если аппарат потеряет связь с Землей, он все равно будет падать там, где и планировали ученые. Единственное отличие в том, что они не смогут получить новых данных, как сейчас планируют.
Большой финал
Когда «Кассини» начнет свое финальное движение, он будет использовать последний пропеллент, чтобы бороться с атмосферным сопротивлением и удерживать антенну, направленную на Землю. В течение этого времени он будет изучать атмосферу Сатурна, транслируя показания состава газов в реальном времени на Землю. Но измерения будут длиться совсем не долго. Аппарат начнет распадаться, испаряться и в конце станет частью планеты, ради исследования которой он покинул Землю 20 лет назад. Хотя члены команды «Кассини» говорят, что они с нетерпением ждут Grand Finale, но все же не могут не испытывать сожаления.
«Нам действительно будет трудно попрощаться с этим небольшим космическим кораблем, который смог сделать так много для науки, - сказала Спилкер. - Мы были вместе долгое время».
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