Прощание с «Кассини»

9 сентября 2017 года, космический аппарат «Кассини» начал заключительную миссию своего двадцатилетнего полета. Вскоре он направится вглубь атмосферы Сатруна и будет передавать оттуда собранные данные до тех пор, пока это будет возможно.

Аппарат «Кассини» возле Сатурна
© NASA/JPL

Полет «Кассини» начался два десятилетия назад, 15 октября 1997 года аппарат, подготовленный совместно НАСА, Европейским космическим агентством и Итальянским космическим агентством был запущен с космодрома на мысе Канаверал. Целью его полета было изучение Сатурна и его спутников. Назван аппарат в честь Джованни Доменико Кассини (1625 – 1712) – астронома, целый ряд открытий которого был связан с Сатурном (доказательство вращения планеты, четыре спутника, щель в кольцах Сатурна). Вместе с «Кассини» в путь отправился автоматический спускаемый аппарат «Гюйгенс», который должен был совершить посадку на один из спутников – Титан.

Системы Сатурна «Кассини» и «Гюйгенс» достигли летом 2004 года, оказавшись на орбите Титана. Там «Гюйгенс» отделился и 14 января 2005 года успешно совершил посадку на поверхность этого спутника – первую в истории (и пока единственную) мягкую посадку во внешней области Солнечной системы. «Кассини» же продолжил полеты в окрестностях Сатурна, доставляя ученым все новые подробности о планете, ее кольцах и спутниках. Мы вспомним лишь некоторые из достижений «Кассини».

Любители астрономии привыкли к регулярным поступлениям новостей от «Кассини», а Титан, Энцелад, Япет, Пан, Янус, Эпиметей, Диона, Гиперион, Пандора и другие спутники благодаря ему превратились для нас из объектов, о которых были известны только параметры орбиты, альбедо и примерная масса, в хороших знакомых, каждый из которых обладает интересными особенностями. Более того, «Кассини» открыл новые спутники Сатурна. Они получили названия Метона, Паллена, Полидевк, Анфа, Эгеон и S/2009 S 1.

Последний спутник, хотя и не получил пока звучного названия, стал рекордным. Это самый маленький спутник планеты в Солнечной системе, если не учитывать так называемые минилуны (moonlets) – спутники, который столь малы, что не могут расчищать свою орбиту от материала планетарных колец. Более крупные спутники прокладывают себе “дорожку” внутри кольца. Размер минилун около сотни метров.

Минилуны как класс тоже были открыты «Кассини» в кольцах Сатурна. Он обнаружил двенадцать минилун: Эрхарт, Пост, Сикорский, Кертисс, Линдберг, Кингсфорд-Смит, Сантос-Дюмон, Рихтгофен, Хинклер, Блерио и S/2010 S 2. Можно заметить, что минилуны получили название в честь пионеров авиации. Возможно, оно связано с эффектом «пропеллера», который наблюдается на мелких обломках, составляющих кольцо, возле минилун вследствие третьего закона Ньютона. По оценке астрономов, общее число минилун в кольцах Сатурна достигает нескольких миллионов.

«Кассини» помог астрономам разрешить загадку, с которой столкнулся три века назад Джованни Доменико Кассини. Итальянский астроном 25 октября 1671 года открыл спутник Сатурна, которому дал название Япет. В 1795 году он вновь наблюдал этот спутник и обнаружил, что тот стал на две звездных величины слабее. Джованни Кассини предположил, что у спутника одно полушарие значительно темнее другого (прямо-таки жаль, что название Янус получил не этот «двуликий» спутник). Причину двуликости Япета астрономы пытались объяснить долгие годы. «Кассини» смог подтвердить гипотезу, согласно которой, темная область поверхности Япета возникла из-за поступающей на спутник пыли, а источником ее служит другой спутник – Феба. Темная пыль увеличивает нагрев поверхности Япета, вызывая усиленное испарение льда. Конденсируется лед в противоположной области спутника, так возникает деление на темное и светлое полушария.

Но, оказав помощь в разрешении одной загадки Япета, «Кассини» тут же задал астрономам другую. На переданных им снимках обнаружилась уникальная особенность – спутник оказался опоясан горным хребтом почти точно по экватору. Из-за этого он внешне напоминает грецкий орех. Высота «Стены Япета» достигает 13 километров, ширина 20 километров, а длина составляет 1300 километров. Наличие этого хребта невозможно объяснить тектоническими процессами и вулканической активностью на Япете. Ученые предполагают, что причиной появления «Стены Япета» стало столкновение спутника с другим космическим телом. Возникшие в результате обломки стали вращаться вокруг Япета по экваториальной орбите, а затем были притянуты им и упали на поверхность. Исследователи проанализировали максимально подробные снимки рельефа и обнаружили, что в этой горной системе наиболее характерен треугольный рельеф с очень крутыми склонами, достигающими 40 градусов, что подтверждает их предположение о внешнем происхождении хребта.

Сделанные «Кассини» фотоснимки позволили разглядеть детали облика и других спутников. Поверхность Гипериона оказался густо покрыт метеоритными кратерами диаметром от двух десяти километров. При этом измерение его плотности показало, что спутник подобен губке: не менее 40 % его объема составляют внутренние пустоты. На Пандоре «Кассини» тоже обнаружил следы метеоритных столкновений. Два самых крупных кратера на ее поверхности имеют диаметр до 30 километров (при этом размеры самой Пандоры 100 на 80 на 64 километра). На Рее и Дионе «Кассини» открыл длинные ледяные хребты и обрывы. Также на Рее и Дионе им была обнаружена крайне разреженная атмосфера из кислорода и углекислого газа, ее давление составляет лишь несколько триллионных долей земного атмосферного давления.

«Кассини» подтвердил и исследовал замеченный в 1980 году «Вояджером-1» эффект: в окрестностях Реи происходит торможение электронов, захваченных магнитосферой Сатурна. При этом измерения показали, что этот эффект усиливается трижды в трех зонах на расстоянии 1615, 1800 и 2020 километров от Реи. Одно из возможных объяснений этого состоит в наличии у Реи трех собственных колец, подобных кольцам Сатурна. Но пока подтвердить это не смог даже «Кассини».

Самые интересные открытия были сделаны на Титане и Энцеладе. Облетая Титан, «Кассини» создал подробную карту спутника и открыл на нем водоемы, точнее «углеводородоемы», поскольку в них находится не вода, а жидкие углеводороды: метан и этан. По поверхности Титана текут углеводородные реки, они впадают в озера и моря. Самое крупное из морей Титана – море Кракена – имеет площадь около 400 000 км?, то есть больше, чем у Каспийского моря.

На Титане также были обнаружены возможные криовулканы, а сопоставление снимков, сделанных с разницей в два года, показало, что детали поверхности спутника сместились за это время примерно на 30 километров. Все это заставило предположить, что между слоем водяного льда и твердым ядром Титана есть жидкая прослойка – подледный океан.

Подледный океан был открыт и на Энцеладе. Впервые такая гипотеза была высказана в 2005 году, когда зонд «Кассини» обнаружил близ южного полюса спутника особые формы рельефа из чередующихся борозд и кряжей, получившие название «тигровые полосы». Позднее каждая из таких полос получила собственное имя: Александрия, Багдад, Каир и Дамаск. Лед в них, по данным спектрального анализа, оказался более молодым и отличающимся по составу от льда на остальной поверхности Энцелада. Также «Кассини» отметил наличие на Энцеладе криовулканов – мощных гейзеров, бьющих из-подо льда. По данным масс-спектрометрии, более 90 % их составляла вода. В 2014 году группа ученых проанализировала собранные аппаратом «Кассини» при пролетах мимо Энцелада в 2010 и 2012 годах данные о гравитационном поле спутника. Они обнаружили массивную отрицательную аномалию в южной полярной области. Ее размер позволяет исследователям утверждать, что под слоем льда толщиной 30–40 километров находится подледное море, глубиной до десяти километров. В 2016 году гравитационные измерения, сделанные «Кассини», заставили заподозрить наличие такого океана и на Дионе.

Подледный океан Энцелада привлекает особое внимание ученых. Они подозревают, что недра спутника могут содержать источник тепла, а значит, в подо льдом Энцелада могла возникнуть жизнь. В 2015 году Сянь Вэньсю из Университета Колорадо в Боулдере и его коллеги из Японии, Германии и Венгрии проанализировали собранные «Кассини» данные о частицах космической пыли. Частицы были пойманы зондом в окрестностях Сатурна и проанализированы на борту при помощи аппарата Cosmic Dust Analyser. Исследователям удалось подтвердить, что эти частицы происходят из шлейфа, идущего к Энцеладу. Выяснилось, что космические пылинки представляют собой наночастицы диоксида кремния. Сянь Вэньсю и его коллеги предположили, что такие частицы смогли сформироваться в ходе химических реакций при высокой температуре в водах Энцелада. Поэтому исследователи считают, что Энцелад содержит горячее ядро, которое разогревает глубокие слои воды не менее чем до 90°C. На Земле есть подобные гидротермальные источники на дне океанов, и они, возможно, сыграли роль в возникновении жизни миллиарды лет назад. Лабораторные эксперименты подтвердили возможность возникновения таких частиц из пород кремния под водой при высоких температуре и давлении.

Совсем недавно гипотеза о жизни на Энцеладе получила новое подкрепление. при следующих свиданиях с Энцеладом «Кассини» подробнее изучал состав этих бьющих из-подо льда струй при помощи прибора INMS (Ion and Neutral Mass Spectrometer). В октябре 2015 года аппарат прошел на расстоянии всего лишь в 48 километров от поверхности Энцелада. Благодаря добытым в этот момент данным, удалось установить, что помимо воды, метана и аммиака в криовулканах Энцелада содержится как минимум 1,4 % молекулярного водорода и до 0,8 % углекислого газа. Ученые полагают, что водород может свидетельствовать о гидротермальной активности в океане Энцелада. А она, в свою очередь, может дать основу сообществам живых организмов, подобных тем, что возникают вокруг «черных курильщиков» на дне земных океанов. То есть признаки жизни в океане Энцелада (пока?) не найдены, зато найден “источник питания” для этой жизни.

Не был забыт и сам Сатурн. «Кассини» рассмотрел в его атмосфере ряд крупных ураганов, диаметром до 10 тысяч километров. Им был подробно сфотографирован впервые замеченный «Вояджерами» шестиугольный вихрь в районе северного полюса планеты. Природа «Шестиугольника Сатурна» пока неясна, непонятно и то, почему он остается стабильным в течение десятилетий. Его диаметр достигает 25 тысяч километров, а вглубь атмосферы он продолжается не менее чем на 75 километров.

Миссия «Кассини» первоначально была рассчитана до 2008 года. Затем ее дважды продлевали: до 2010 и до 2017 года. В апреле этого года начался последний этап миссии «Кассини», получивший название «Большой финал» (Grand Finale). Аппарат сделал 22 оборота, находясь между Сатурном и его внутренним кольцом, чтобы рассмотреть спутники с нового ракурса. Сегодня последний 22 виток завершается, расстояние между «Кассини» и облачным слоем Сатурна в нем составляет 1680 километров.

Руководители миссии отказались от идеи направить аппарат на один из спутников Сатурна, в том числе и из-за хотя бы небольшой вероятности, что на них может быть жизнь. В понедельник, 11 сентября, «Кассини» пройдет мимо Титана. Сила притяжения спутника затормозит аппарат, поэтому, вернувшись к Сатурну, он уже не пролетит мимо его атмосферы, а станет погружаться в облачный слой. 14 сентября он сделает и отправит на Землю последнюю серию снимков, на которых будут спутники Сатурна, кольца и вид на северный полюс планеты.

После этого, в 8 часов 37 минут по всемирному времени, начнется погружение «Кассини» в атмосферу Сатурна. Антенна аппарата будет направлена в сторону Земли, на ее удержание в этом положении двигатели малой тяги потратят последние остатки топлива. Поэтому, насколько это окажется возможным, «Кассини» продолжит передавать данные своих приборов о составе и характере атмосферы Сатурна. Но продлится это недолго. Примерно через одну или две минут атмосфера станет настолько плотной, что контроль над аппаратом будет потерян. А спустя еще несколько секунд «Кассини» станет охваченным пламенем метеором, который сгорит в облаках Сатурна.

Источник: polit.ru