Миссия к Сатурну: Кассини-Гюйгенс. Последние часы зонда «Кассини» (15 фото)

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.

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.

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.

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.

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).

«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.

Человечество всегда стремилось узнать, а что же там, за гранью неизвестного. Для изучения Сатурна и его спутников был построен и запущен космический аппарат "Кассини" (Cassini) 15 октября 1997 года, имевший на борту спускаемый зонд Гюйгенс(Huygens) . Он был совместным детищем НАСА, Европейского и Итальянского космического агентства. Основной миссией аппарата было: достичь системы Сатурна, выйти на орбиту, рассчитать оптимальную траекторию для сближения с Титаном. Затем спускаемый зонд Гюйгенс должен был совершить мягкую посадку на Титан.

Cassini успешно выполнил свою миссию, прибыв в систему Сатурна 1 июля 2004 года, а 25 декабря того же года отстрелил Гюйгенс, который прошел через атмосферу Титана, передав по пути множество интересных научных данных и совершил посадку на поверхности спутника. С поверхности Титана Гюйгенс передал большое количество интересных научных данных, фотографий в различных диапазонах, провел анализ вещества спутника.

(Снимок с Cassini: крупный спутник Сатурна Титан на фоне планеты, особенно хорошо видны кольца планеты-гиганта)

Сам аппарат используется учеными для изучения Сатурна, его магнитосферы, колец, распределение вещества в них. Изначально аппарат планировали эксплуатировать около четырех лет, затем его срок эксплуатации дважды продлевали. По решению NASA, работу космического зонда продлили до 2017 года, в течение этого времени он своими сенсорами и датчиками изучит как сам Сатурн и Титан, так и пройдет вблизи Энцелада, славящегося своими удивительными ледяными гейзерами.

(Cassini снял прохождение спутника Сатурна Энцелада перед более крупным спутником Дионой, при этом на переднем плане можно видеть удивительную красоту внешней части кольца Сатурна)

Работа зонда позволит рассмотреть кольца планеты с различных ракурсов, более точно определить их массу, досконально изучить строение газового гиганта, его магнитосферу. По словам Джима Грина, "Кассини" передал на Землю столько информации, что она провела революцию в человеческих представлениях о Сатурне, его спутниках, да и газовых гигантах вообще.

(Уникальное видео переданного Cassini: запечатление грозы на поверхности планеты Сатурн, также слышны переданные радиочастотами звуки вспышек молний. В отличие от земных гроз, на Сатурне они не происходят одновременно и только раз в год, при этом их сила намного значительней, чем на Земле, а продолжительность до нескольких месяцев)

Работа зонда до 2017 года позволит ученым получить целостную картину сезонных изменений структуры планеты. Затем зонд самоуничтожится, погрузившись в плотную атмосферу Сатурна к сентябрю 2017 года.

Всего через несколько часов аппарат "Кассини", с 2004 года находящийся на орбите Сатурна, сфотографирует нашу планету. Конечно, Земля не единственная и даже не главная цель сегодняшнего исследования, но думаю многим было бы интересно взглянуть на маленькую голубую точку с расстояния 1,44 миллиарда километров. Что интересно, практически одновременно с Кассини, 19 и 20 июля Землю будут фотографировать находящийся на орбите Меркурия аппарат "MESSENGER".

Возможно, кто-то даже захочет сегодня вечером/ночью (съемка начнется в в 21:27 по Гринвичу) выйти на улице и помахать "Кассини рукой". А пока, можно вспомнить лучшие фото этой миссии, которая длится уже свыше 15 лет.

До Сатурна, "Кассини" посетил Юпитер и сделал ряд снимков крупнейшей планеты Солнечной системы. На представленном фото один из самых известных спутников газового гиганта Ио, славящийся своей вулканической активностью.

Два "Титана". Крупнейший спутник Сатурна на фоне планеты.

Тигровые полосы Энцелада - одного из самых геологических активных и необычных тел Солнечной системы.

Огромная тень от планеты ложится на кольца Сатурна.

Вспышка солнечного света, отраженная от метанового озера на Титане.

Спутник Сатурна Прометей сфотографированный с расстояния приблизительно 34000 километров. Прометей еще называют "пастухом" кольца F. Гравитационное поле Прометея создаёт изломы и петли в кольцах и спутник как бы "крадёт" из них материал.

Прометей создает возмущение в кольце F.

Равноденствие на Сатурне.

Ледяное извержение на Энделаде. Считается что выбрасываемое со спутника вещество является источником, питающим внешнее кольцо Сатурна, известное как "Кольцо F"

Спутник Сатурна Мимас. Огромный кратер Гершеля, оставшийся в наследство от древнего катастрофического столкновения, чуть не расколовшего спутник пополам, делает его чем-то похожим на Звезду смерти.

Спутник Сатурна Гиперион. Необычный внешний вид обусловлен последствиями нескольких катастрофических столкновений на раннем этапе формирования солнечной системы. Плотность Гипериона настолько мала, что он, вероятно, состоит на 60 % из обычного водяного льда с небольшой примесью камней и металлов, а основную часть его внутреннего объёма составляют пустоты

Тень от колец Сатурна на поверхности планеты.

Шторм на Сатурне.

Мимас на фоне колец Сатурна.

Тень от Титана на поверхности Сатурна.

Четыре спутника Сатурна и его кольца на одном снимке.

Титан. До миссии "Кассини-Гюйгенс" нам было известно не так и много о том, что происходит на его скрытой облачным покровом поверхности.

Сатурн и его кольца.

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

Сатурн, один из последних «шедевров» Кассини

Ряд исследований Сатурна был начат «Пионером-11» — межпланетной станцией американского производства – в 1973 году, продолжен двумя «Вояджерами».

Благодаря этим экспедициям о Сатурне, его кольцах и спутниках удалось выяснить очень и очень многое, но не вышло главное: увидеть, какова она, поверхность этой загадочной планеты. Несмотря на множество полученных фотографий и новых данных, вскоре было решено, что необходимо начать новый проект, который позволит взглянуть на этот космический объект с новой стороны. Таким проектом стала миссия двух аппаратов – «Кассини» и «Гюйгенс».

Исследование Сатурна: миссия Кассини-Гюйгенс обошлось для Америки в довольно круглую сумму – около трех миллиардов долларов, но это стоило того. Его строительством, разработкой и оборудованием занимались весьма известные в кругах исследователей космоса организации.

В итоге, был получен аппарат высотой в 10 метров и стартовым весом в 6 тонн с 12 научными приборами на борту, штангой в 11 метров для магнитометра и проводкой, чья полная длина составляет около четырнадцати километров.

Для связи с Землей итальянцами была создана специальная антенна длиной в четыре метра. Аппарат, правда, не использует солнечные батареи, что объяснимо: у Сатурна это бессмысленно. Вместо них роль энергических емкостей выполняют три термоэлектрических и радиоизотопных генератора, в которых находится 33 килограмма чрезвычайно радиоактивного плутония, благодаря которым аппарат может работать около двухсот лет.

Также стоит отметить, что половина стартового веса «Кассини» — не что иное, как топливо, которое необходимо для торможения, выхода на орбиту Сатурна и многих других специальных маневров.

Гюйгенс

Этот аппарат является не чем иным, как зондом, чья задача заключалась в посадке на спутник Сатурна – Титан. В его оборудование входят целых шесть приборов, позволяющих максимально детально изучить поверхность спутника, и десантная камера, что должна запечатлеть как можно больше пейзажей малоизученного объекта. Весит этот зонд около 350 килограммов и является дополнением к «Кассини»: их пункты назначения весьма близки друг к другу.

Виды Сатурна и его спутников с аппарата Кассини

Полет

Запуск «Кассини» и прикрепленного к нему «Гюйгенса» состоялся в 1997 году 15 октября. Для вывода аппарата в космос понадобилась специальная, особая ракета-носитель «Титан-4Б» и дополнительный блок для разгона под названием «Кентавр». По многим причинам (прямой дороги в любой из галактик не существует) первоначальным направлением «Кассини» стала Венера.

Для того, чтобы разогнаться, аппарат в течении двух лет использовал гравитационные поля трех планет. Тем не менее, до встречи с планетой – пунктом назначения – он находился в своеобразном анабиозе: все его системы использовались лишь на пару процентов. И вот, зимой 2000 года «Кассини» наконец-то прошел мимо Сатурну, активизировался и сделал свои первые снимки, изображающие «Великана» в подобной лунной первой четверти, что с Земли увидеть практически не представляется возможным.

Правда, перед тем, как максимально близко приблизится к величественному Сатурну, «Кассини» проходил мимо его не менее загадочного спутника – Феба, чьи снимки передал на Землю. Они оказались настоящей сенсацией: впервые этот объект был рассмотрен так хорошо. Фотографии показали, что Феб очень похож на астероид, что он имеет неправильную форму, что его размеры равны примерно двумстам километрам. Также было обнаружено, что этот спутник по большей части состоит изо льда, чем сильно напоминает Харона, что значит, что Феб куда более близок по своей структуре к кометам, нежели к астероидам. Это открытие определенно приближает человечество к разгадке большинства тайн системы Сатурна.

Самым важным этапом для «Кассини» само собой стал вход на орбиту «Великана». Он состоялся при помощи специального маневра торможения первого июля 2004 года. В то время он сумел даже пройти между двумя кольцами (F и G). Несколько раз столкнувшись с препятствиями, но оставшись без значительных повреждений аппарат максимально близко подошел к Сатурну и оказался на его орбите. После этого достижения «Кассини» пришлось сделать 74 оборота вокруг планеты в течение четырех лет, преодолевая огромное расстояние, равное 1,7 миллиарда километров, и изучая и поверхность Сатурна, и его спутников. Среди последних особое внимание определенно уделено Титану – было решено совершить 45 оборотов вокруг него.

Достижения

Среди всех достижений, которые были достигнуты благодаря «Кассини» и «Гюйгенсу», можно особо выделить не только довольно подробную съемку поверхности Сатурна, а и его многочисленных спутников: Мимаса, Реи, Феба, Титана, Тефии, Дионы и Гипериона, а также Эпиметия. Но это еще не конец: экспедиция «Кассини» еще продолжится до 2017 года, что позволит узнать о системе Сатурна гораздо больше.