"Кассини" готовится попрощаться с Титаном

Всего лишь несколько недель отделяет космическую станцию «Кассини» от драматического завершения её миссии посредством погружения в недра Сатурна. В настоящее время аппарат следует по очень напряжённому графику, в рамках которого каждую неделю он вынужден совершать витки вокруг планеты на низкой орбите. На некоторых таких орбитах самый большой спутник Сатурна, Титан, находился достаточно близко, чтобы оказать влияние на траекторию станции. Специалисты с успехом сумели воспользоваться возможностью такого гравитационного манёвра и смогли направить «Кассини» даже к внутренним границам системы колец.

Эти два вида Титана показывают нам, как космическая станция «Кассини» раскрыла для всех нас поверхность этого удивительного мира. Аппарат несёт на борту несколько инструментов, которые могут проникнуть сквозь туманную завесу из углеводорода, которая окутывает этот спутник Сатурна. К ним относится радар, визуальный и инфракрасный спектрометр VIMS. Камеры видимого диапазона также обладают несколькими спектральными фильтрами, чувствительными к определённым длинам волн инфракрасного спектра, способным проникнуть вплоть до поверхности Титана и обратно. Благодаря таким спектральным «окнам» у специалистов появилась возможность нанести на карту почти всю поверхность спутника. В дополнение к изучению поверхности, камеры позволили всмотреться в постоянно меняющуюся атмосферу, ведя своеобразную хронику движения туманов и облаков за годы наблюдений. В правой части снимка как раз можно видеть группу светлых перистых летних облаков, образующих дугу в северных широтах. Эти изображения были получены узкоугольной камерой «Кассини» 21 марта 2017 года с использованием красного, зелёного и синего спектрального фильтра. Затем они были объединены, чтобы создать представление в естественном свете (слева). Изображение в ложных цветах показано справа, в нём красный канал был заменён инфракрасном на длине волны 938 нм. Расстояние до Титана во время съёмки составляло 986000 километров, масштаб — 6 километров на пиксель. Источник: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Титан ожидает ещё одно сближение с аппаратом, в сентябре, когда миссия будет заканчиваться. Оно должно состояться 11 сентября 2017 года, в результате чего «Кассини» получит толчок и устремится в сторону Сатурна. Затем, он погрузится в Сатурн и до самого последнего момента будет передавать ценные научные данные обратно на Землю. Но такие гравитационные манёвры не являются чем-то сверхъестественным: аппарат проектировался с целью совершать именно такие действия.

Постоянные сближения с Титаном изначально планировались как способ исследовать этот таинственный спутник Сатурна, размером с небольшую планету, а также направлять «Кассини» для исследования различных уголков системы Сатурна. Учёные всегда хотели вернуть к Титану уже начиная с того момента, как «Вояджер 1» пролетел мимо в 1980 году. Этот аппарат был неспособен видеть поверхность Титана сквозь его плотную атмосферу.

Титан всего лишь немного, но крупнее Меркурия. А учитывая его размер, этот спутник Сатурна обладает внушительной гравитационной силой, которая с успехом использовалась баллистиками, чтобы меня курс «Кассини» по мере его движения вокруг планеты. Например, одно единственное сближение с Титаном может обеспечить большее изменение скорости, чем 90-минутная работа двигательной установки, с помощью которой «Кассини» затормозил и был захвачен гравитацией Сатурна в 2004 году.

Проектировщики движения миссии, то есть инженеры, которые задают и подготавливают курс движения космического корабля заранее, пользуются Титаном в качестве своеобразной опоры. Поэтому, частые сближения с этим спутником обеспечили сохранение на будущее больших объёмов топлива. С помощью Титана орбита «Кассини» может быть изменена таким образом, что её можно вытянуть дальше за Сатурн и направить аппарат, например, к далёкому спутнику Япету. С помощью этого метода инженеры множество раз изменяли ориентацию орбиты «Кассини», например, выведя аппарат выше плоскости колец, чтобы рассмотреть их в плане, а также наблюдать северные и южные широты и некоторые другие спутники.

На этом изображении станция «Кассини» смотрит на ночную сторону Титана, очень хорошо видна туманная природа атмосферы спутника. На высоте туман кажется синим, тогда как основная атмосфера выглядит оранжевой. Различия в цвете могли возникнуть из-за различий размеров частиц. Синий туман, вероятно, состоит из меньших частиц, чем оранжевый. Кадры изображения были получены с применением красных, зелёных и синих спектральных фильтров, а затем были объединены для получения естественного цвета. Дата съёмки — 29 мая 2017 года, до Титана 2 миллиона километров, масштаб изображения 9 километров на пиксель. Источник: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

На этом изображении станция «Кассини» смотрит на ночную сторону Титана, очень хорошо видна туманная природа атмосферы спутника. На высоте туман кажется синим, тогда как основная атмосфера выглядит оранжевой. Различия в цвете могли возникнуть из-за различий размеров частиц. Синий туман, вероятно, состоит из меньших частиц, чем оранжевый. Кадры изображения были получены с применением красных, зелёных и синих спектральных фильтров, а затем были объединены для получения естественного цвета. Дата съёмки — 29 мая 2017 года, до Титана 2 миллиона километров, масштаб изображения 9 километров на пиксель. Источник: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

В течение своей 13-летней миссии в системе Сатурна «Кассини» облетел Титан 127 раз и ещё больше наблюдал его издали. Космическая станция также отправила на поверхность спускаемый зонд «Гюйгенс», который прошёл сквозь плотную атмосферу и благополучно сел в январе 2005 года.

К успехам «Кассини» во время его миссии можно отнести жидких углеводородов на поверхности Титана. До этого времени специалисты могла говорить об этом только в теории. Удивительным оказалось то, что на этом спутнике присутствуют целые озёра и моря, которые в нашу эпоху сконцентрированы в северных широтах. Но, всё же, большая часть поверхности Титана не содержит озёр, а ближе к экватору раскинулись протяжённые линейные дюны, схожие с теми, которые есть на Земле в районе Намибии. «Кассини» наблюдал гигантские облака углеводородов, нависающих над полюсами Титана, и другие, светлые, перистые, которые дрейфовали над всей поверхностью, выливая метановые дожди, затемняющие поверхность. Также были выявлены признаки наличия океана воды ниже ледяной поверхности спутника.

Карта Титана, которую начал составлять «Кассини», вначале была пятнистой, то есть все поверхность спутника была неизвестна и лишь немногие участки были заменены данными. Но каждое последующее сближение опиралось уже на существующие карты и дополняла их. В течение всей миссии радарный инструмент изобразил примерно 67 процентов поверхности Титана. Для этого он использовал большую антенну, имеющую форму блюдца, чтобы ловить сигналы, отражающиеся от поверхности. Информация от камер видимого диапазона, инфракрасного спектрометра и радара медленно и систематически добавляла новые детали, создавая более полную картину поверхности в высоком разрешении.

«Теперь, когда мы закончили исследовать Титан с помощью «Кассини», у нас есть достаточно информации, чтобы понять то, на что в действительности похож этот спутник в глобальном плане», — Стив Уолл, заместитель руководителя команды управления радаром «Кассини» в Лаборатории реактивного движения НАСА.

У учёных теперь есть достаточно данных, чтобы понять распределение поверхностных особенностей Титана, таких как горы, дюны и моря и поведение его атмосферы в течение длительного времени. У специалистов появилась возможность проследить то, как поверхностные жидкости могли бы перемещаться от полюса до полюса.

Среди вещей, которые до сих пор остаются неясными, стоит отметить проблему того, как происходит пополнение метана в атмосфере в течение протяжённого времени с помощью солнечного ветра. Учёные наблюдают некоторые доказательства вулканизма, в котором вместо лавы выступает обогащённая метаном вода, но явных доказательств этому нет.

Долгосрочные наблюдения за Титаном всё ещё могут открыть много новой информации. Исследователи наблюдали за летними дождевыми облаками, точнее, за их появлением, как предсказывают теории. Ещё летом 2004 года на южном полюсе были обнаружены дождевые облака, но до сих пор ничего подобного не было найдено на северном.

«Атмосфера, скорее всего, обладает большей инерцией, чем предполагает большинство современных моделей. Поэтому требуется больше времени, чтобы погода существенно изменилась с приходом нового сезона. Незначительное появление северных облаков лучше согласуется с моделями, которые предсказывают существование глобальных хранилищ метана. Ничего подобного нет на поверхности, поэтому, если что-то подобное существует под ней, это будет главным открытием о Титане. Это указывает на важную роль долговременного контроля атмосферы Титана», — Элизабет Тертл из Лаборатории прикладной физики имени Джона Хопкинса.

Изображение от последнего сближения «Кассини» с Титаном. Для того, чтобы получить два кадра, показанные слева и справа, использовался радар. Сверху вниз они охватывают область длиной 300 километров. Объекты на изображениях выглядят яркими в том случае, если они имеют шероховатую поверхность, гладкие области выглядят тёмными. Слева видны те же светлые холмистые ландшафты и более тёмные равнины, которые впервые были запечатлены в 2004 году. Учёные не видят никаких очевидных доказательств изменений н аэтом ландшафте за прошедшие 13 лет. Справа показано изображение, на котором радар пытался найти таинственный «волшебный остров» Титана в одном из больших углеводородных морей моря Лигеи. Видно, что сейчас никакие особенности, похожие на острова, не наблюдаются. Источник: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Изображение от последнего сближения «Кассини» с Титаном. Для того, чтобы получить два кадра, показанные слева и справа, использовался радар. Сверху вниз они охватывают область длиной 300 километров. Объекты на изображениях выглядят яркими в том случае, если они имеют шероховатую поверхность, гладкие области выглядят тёмными. Слева видны те же светлые холмистые ландшафты и более тёмные равнины, которые впервые были запечатлены в 2004 году. Учёные не видят никаких очевидных доказательств изменений н аэтом ландшафте за прошедшие 13 лет. Справа показано изображение, на котором радар пытался найти таинственный «волшебный остров» Титана в одном из больших углеводородных морей моря Лигеи. Видно, что сейчас никакие особенности, похожие на острова, не наблюдаются. Источник: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

«Кассини» совершил своё последнее сближение с Титаном 22 апреля 2017 года. Благодаря этому аппарат изменил свою траекторию и вышел на заключительную серию орбит, которые пролегают между кольцами и самой планетой.

Во время этого сближения на полную мощность работал радар «Кассини». Главным требованием его работоспособности было то, как космический аппарат будет ориентирован, поскольку он пролетал достаточно низко над поверхностью, всего на высоте 979 километров от Титана. Одной из приоритетных задач было обнаружение таинственных «волшебных островов», которые появлялись, а, затем, исчезали во время проведения разных наблюдений с разницей в один год. Так вот, в последний раз также не было обнаружено никаких островов. Команда управления радаром всё ещё работает над пониманием того, что они наблюдали. Возможно, это были пузыри или волны.

Самыми интересными для специалистов стали наблюдения, проведённые в первый и последний раз, в которых инструмент использовался, чтобы прозондировать недра небольших озёр, сконцентрированных в полярной области Титанна. В дальнейшем исследователи планируют тщательно обработать эту информацию, чтобы понять что-то новое о составе этих озёр с точки зрения отношения метана к этану.

Когда «Кассини» начал удаляться от Титана, чтобы начать путь к финалу своей миссии, аппарат запечатлел серию кадров, в которую вошла и та область которая была исследована в рамках первого сближения в далёком 2004 году.

«Это очень символично, чтобы мы закончили тем же, чем и начали. Различия здесь в том, насколько богатой информацией теперь мы обладаем».

По информации НАСА.

Источник: www.theuniversetimes.ru