15 сентября – окончание миссии межпланетного аппарата «Кассини»

Сегодняшняя история будет посвящена одной из самых интересных космических экспедиций, которые осуществило человечество. Это программа «Кассини-Гюйгенс».

Далеко-далеко от Солнца, почти на окраине Солнечной системы по своей орбите движется загадочная большая планета. У неё великолепные кольца. И целых 146 спутников. Вы конечно же догадались, дорогие друзья, что речь идёт о Сатурне.

Миссия «Кассини-Гюйгенс» – это совместный проект NASA, Европейского космического агентства и Итальянского космического агентства по изучению Сатурна, его колец и спутников. Старт экспедиции состоялся 15 октября 1997 года с мыса Канаверал в США. Ракета-носитель «Titan 401B» с разгонным блоком «Centaur» вывели на орбиту космический аппарат весом 5710 килограммов. И он отправился… к Венере!

Да-да, это не ошибка. Дело в том, что вследствие большой массы КА «Кассини-Гюйгенс» (это был один из самых крупных космических аппаратов в истории человечества!), траектория полёта предусматривала два разгонных гравитационных манёвра вокруг Венеры в 1998 и 1999 годах. А затем обратный пролёт Земли. И через два года после старта ещё один гравитационный манёвр. Уже у Земли. Использование подобных «гравитационных рогаток» позволило АМС разогнаться до 69 тысяч километров в час!

Во время выполнения одного из манёвров АМС «Кассини» сделала серию снимков Луны.

Через три года после старта, сфотографировав по пути астероид класса С 2685 Мазурский и определив его диаметр (около 15 км), АМС пересекла пояс астероидов и приблизилась к Юпитеру.

Перед новогодними праздниками, 30 декабря 2000 года, станция приблизилась на минимальное расстояние к Юпитеру, провела ряд исследований и сделала серию снимков поверхности этого газового гиганта.

Затем, совершив очередной гравитационный манёвр в поле тяготения Юпитера, АМС «Кассини» начала завершающую фазу своего семилетнего путешествия к Сатурну. И 11 июня 2004 года станция сблизилась с одним из крупных спутников Сатурна – отдалённой на приличное расстояние от газового гиганта Фебой.

Спутник Сатурна Феба имеет неправильную форму и вытянутую эллиптическую ретроградную орбиту. То есть вращается в обратную сторону по отношению к вращению Сатурна.

Получив фотографии Фебы группа исследователей, управляющая АМС «Кассини» под руководством Альфреда Макэвена, пришла к выводу о том, что этот космический объект старше всех остальных спутников Сатурна. И что ранее Феба была объектом пояса Койпера, впоследствии захваченным полем тяготения газового гиганта.

30 июня 2004 года станция приблизилась к Сатурну. И ещё через сутки стала его искусственным спутником. Первым в истории человечества искусственным спутником планеты Внешней области Солнечной системы. 26 октября этого же года АМС впервые приблизилась к одной из целей своего путешествия – спутнику Сатурна Титану. И сделала первую серию снимков.

В декабре 2004 года зонд вновь сблизился с самым крупным спутником Сатурна. После чего начался самый ответственный этап программы. От АМС «Кассини» отделился посадочный модуль «Гюйгенс». Он направился к Титану для изучения атмосферы и мягкой посадки на его поверхность. И 14 января 2005 года, впервые в истории человечества, космический аппарат приземлился на спутник внешней планеты, совершив успешную мягкую посадку и сохранив при этом работоспособность!

Титан в каком то смысле очень похож на нашу планету. Это второй по величине спутник среди всех спутников планет Солнечной системы и единственный, обладающий плотной атмосферой. Она простирается более, чем на шестьсот километров, и имеет такую плотность, что поверхность Титана невозможно сфотографировать с орбиты.

После посадки «Гюйгенса» на поверхность Титана было сделано неожиданное открытие – оказалось, что на спутнике… идут дожди! И здесь имеется множество озёр и даже морей!

Спуск аппарата «Гюйгенса» в атмосфере Титана занял два с половиной часа. После мягкой посадки зонд проработал на поверхности спутника Сатурна один час и двенадцать минут, что позволило провести важнейшие исследования, сделать более 350 фотографий и передать около 500 мегабайт информации на Землю.

Если Вы подумали о том, уважаемые читатели, что моря на Титане напоминают наши земные и изрезаны песчаными пляжами, то Вы немножко ошиблись. Моря Титана состоят из жидких углеводородов: метана и этана. Озёра и реки тоже наполнены жидким метаном.

Дело в том, что давление на поверхности Титана в полтора раза выше земного, а температура составляет минус 179 градусов по Цельсию. И вода существует на Титане только в виде льда.

А вот обширные пляжи покрытые песком и небольшими валунами действительно имеются в изобилии. Что наглядно демонстрирует фотография, которую зонд «Гюйгенс» сделал, находясь на поверхности Титана.

И горы, напоминающие земные, тоже есть на Титане. В горах Митрим, например, обнаружен пик высотой более 3300 метров!

Атмосфера Титана состоит в основном из азота и метана. И на спутнике есть движение атмосферных потоков – ветер. Зонд «Гюйгенс» был укомплектован, среди прочих приборов, также и акустическим микрофоном. И с помощью этого микрофона зонд произвёл первую в истории человечества запись шума ветра на космическом теле во внешней части Солнечной системы. Эта запись есть в свободном доступе на сайте Европейского Космического Агентства.

Расставшись со своим напарником «Гюйгенсом» неутомимый труженик «Кассини» продолжил изучение атмосферы Сатурна, его колец и спутников. Предварительно работа миссии «Кассини» была рассчитана до июля 2008 года, но аппарат сохранил работоспособность. И экспедиция была продлена ещё на два года. Продолжению миссии НАСА присвоило название «Кассини Равноденствие».

В итоге вместо четырёх лет, как было запланировано вначале, станция проработала целых тринадцать! АМС «Кассини» произвела сотни сближений со спутниками Сатурна Титаном, Тефией, Энцеладом, Мимасом, Еленой, Реей, Дионой. Камера «Кассини» позволила впервые с близкого расстояния сфотографировать десятки спутников Сатурна и даже открыть новые!

На фотографиях, сделанных зондом, специалисты НАСА обнаружили семь новых спутников, которым сначала присвоили номера, а затем дали названия: Метона, Паллена, Полидевк, Дафнис, Анфа, Эгион, S/2009 S 1(это номер, названия пока ещё нет). На Энцеладе АМС обнаружила воду в жидком состоянии и водяные гейзеры, которые выбрасывали эту воду на поверхность. Было установлено, что именно замёрзшие частицы воды с Энцелада образовали одно из колец Сатурна.

Благодаря работе «Кассини» было установлено, что глубина подлёдного океана на Энцеладе превышает десять километров, а толщина ледяного покрова над океаном варьируется от двух до нескольких десятков километров. Интенсивная работа гейзеров на спутнике скорее всего связана с активными гидротермальными процессами, происходящими в глубинах океана. Анализ выбрасываемой Энцеладом в космическое пространство воды показал присутствие в ней солей и органических соединений.

Очередным открытием «Кассини» была разгадка тайны чёрно-белого спутника Сатурна Япета, периодически исчезающего с экранов оптических телескопов.

Оказалось, что ода сторона Япета имеет практически не отражающее свет чёрное покрытие. Когда зонд «Кассини» сделал с близкого расстояния фотографии Япета и его пятна, учёные НАСА сделали вывод о том, что Япет движется в пространстве по орбите одной стороной вперёд внутри практически невидимого кольца Фебы. И пылевые частицы кольца оседают на передней по ходу движения стороне его поверхности. Затемнение поверхности в этой области вызывает повышенный инфракрасный нагрев поверхности, что в свою очередь, вызывает испарение льда и оседание вновь замёрзших его частиц на обратной стороне спутника.

Именно поэтому одна часть Япета всегда остаётся необычно белоснежной, а другая тёмной.

Станция «Кассини», помимо спутников, в течение многих лет проводила исследования структуры и состава колец Сатурна. И сделала сотни тысяч фотографий колец с самого близкого в истории расстояния в натуральных цветах с предельной чёткостью. Было подтверждено существование «спиц» в кольцах Сатурна, обнаруженных с Земли в телескоп в 1977 году. Однако загадка этих образований до сих пор не разгадана. Были также открыты возмущения в структурах колец, вызванные ещё не открытыми небольшими космическими телами, наподобие показанного на фотографии ниже:

Космический аппарат «Кассини» впервые проанализировал состав атмосферы Сатурна, обнаружил и изучил его магнитосферу и природное излучение планеты в радиодиапазоне, открыл и сфотографировал шестигранный «болт», словно вкрученный в северный полюс Сатурна:

Гексагональная атмосферная структура на северном полюсе Сатурна образована семью атмосферными штормами, шесть в основаниях углов и один в центре – так называемый «глаз шторма». Сторона этого шестиугольника имеет протяжённость 14 тысяч километров! Это больше диаметра Земли. В поперечнике размер шторма превышает 25 тысяч километров, его глубина составляет около ста километров.

Этот шторм бушует уже много десятилетий. На фотографиях, сделанных ещё «Вояджерами» были замечены фрагменты изображения этого шторма, но они были нечёткими, а неполные фрагменты шторма на них очень размыты. Зонд «Кассини» впервые сфотографировал полностью это явление, определил его размеры и скорость вращения. Гексагон вращается против часовой стрелки со скоростью 320 километров в час. В зависимости от времени года этот шторм меняет свой цвет от синего до золотистого.

Но это не единственный шторм, обнаруженный в ходе миссии «Кассини» на Сатурне. На южном полюсе планеты был обнаружен ещё один гигантский шторм в виде кругового вихря. И в южном полушарии также был обнаружен ещё один удивительный шторм, напоминающий по форме мифологического дракона:

Этот маленький красный дракончик, играющий с голубым шариком, на самом деле имеет размер 3200 километров. И в нём бушуют электрические разряды, зафиксированные «Кассини», мощность которых превышает мощность самых крупных молний на Земле в тысячи раз!

В ходе исследования было установлено, что атмосфера Сатурна состоит практически полностью из водорода с примесями гелия, метана, воды и аммиака. Верхние слои атмосферы этого газового гиганта имеют температуру минус 177 градусов Цельсия, а температура твёрдого кремний-металлического ядра может достигать 12 000 градусов!

Завершение миссии «Кассини»

Летом 2017 года «Кассини» практически полностью израсходовал своё топливо и центр управления миссией принял решение совершить ещё 22 пролёта вокруг Сатурна, но уже под его кольцами, практически в верхних разрежённых слоях атмосферы. А затем станцию направили прямо внутрь планеты.

После совершения этих маневров «Кассини» является первым и пока единственным космическим аппаратом, который совершил пролёт между кольцами Сатурна и самой планетой и сделал уникальную фотографию верхних слоёв атмосферы и вида на систему колец изнутри.

Во время входа в плотные слои атмосферы Сатурна зонд «Кассини» использовал двигатели малой тяги для ориентации своей антенны в направлении Земли. И даже уже разрушаясь, как яркий метеор, на горящие обломки, наш удивительный герой продолжал передавать на Землю ценнейшую научную информацию о составе атмосферы Сатурна и его магнитном поле!

15 сентября 2017 года в 13:31:46 по московскому времени «Кассини» передал свой последний сигнал на Землю. И через 84 минуты (время прохождения радиосигнала от Сатурна до Земли) этот сигнал был принят Центром дальней космической связи НАСА в Австралии. Удивительное двадцатилетнее путешествие «Кассини» и его напарника «Гюйгенса» было завершено.

Миссия «Кассини-Гюйгенс» установила множество достижений и рекордов, впервые провела огромное количество исследований многих космических объектов и совершила множество открытий, позволила разгадать некоторые тайны Сатурна, его колец и спутников.

Впервые в истории человечества искусственный спутник появился на орбите внешней планеты Солнечной системы. Впервые была осуществлена мягкая посадка космического аппарата в плотной атмосфере космического тела во внешней части Солнечной системы. Были обнаружены органическое вещество – пропилен, метановые озёра и моря на Титане, вода и водяные гейзеры на Энцеладе, разряжённая кислородная атмосфера на Дионе, статический электрический заряд на пористом спутнике-губке с именем Гиперион, объяснёно происхождение пятна на Япете, обнаружен полностью опоясывающий Япет по экватору горный хребет высотой более десяти километров.

«Кассини» обнаружил два новых кольца Сатурна и открыл семь его новых спутников, подтвердил существование «спиц» в кольцах, впервые полностью сфотографировал гексагональный шторм и помог разъяснить его загадку, открыл радиоизлучение Сатурна, экспериментально подтвердил общую теорию относительности, передал на Землю 453 048 фотографических и радарных изображений и 635 гигабайт данных уникальных научных исследований.

В работе по созданию станции «Кассини» и посадочного модуля «Гюйгенс», управлению миссией и научной программой приняли участие более 5000 специалистов. И это был ещё и самый крупный и массивный из всех космических аппаратов в истории, достигших внешней части Солнечной системы. По итогам миссии опубликовано уже более четырёх тысяч научных работ и их число продолжает увеличиваться.

Очевидно, что невозможно переоценить успех и результаты, достигнутые в ходе этой фантастической космической программы, которая одновременного являлась и удивительным приключением нашего сегодняшнего героя – АМС «Кассини».

(автор статьи – блог «Живой космос»)