Cassini–Huygens. Очердной трудяга, принесший гораздо больше результатов, чем предполагалось.

Кассини-Гюйгенс (Cassini–Huygens) — автоматическая межпланетная станция (АМС), созданная совместно NASA, Европейским и Итальянским космическими агентствами, названная в честь астронома Джованни Кассини. АМС предназначена для исследования Сатурна, его колец и спутников и состоит из орбитальной станции «Кассини» и спускаемого аппарата «Гюйгенс», предназначенного для посадки на Титан.

«Кассини-Гюйгенс» была запущена 15 октября 1997 года с мыса Канаверал во Флориде. 1 июля 2004 года станция вышла на орбиту Титана. 25 декабря того же года спускаемый аппарат отделился и 14 января 2005 года вошёл в атмосферу Титана, осуществив затем мягкую посадку на его поверхность. Первоначально миссия была запланирована до 2008 года, однако впоследствии продлена до лета 2010 года, а затем, 3 февраля 2010 года, было объявлено о дальнейшем продлении программы до 2017 года.

"Это миссия, которая не перестаёт давать нам удивительные научные результаты. Открытия и фотографии, сделанные «Кассини», произвели революцию в наших представлениях о Сатурне и его лунах", - говорит Джим Грин (Jim Green) руководитель подразделения планетологии NASA.

Последняя фаза жизни АМС получила название «Великий финал» (Grand Finale). Она началась 22 апреля текущего года. «Кассини» в общей сложности совершит 22 пролёта между Сатурном и его внутренним кольцом, а 15 сентября погрузится в атмосферу планеты, собирая и передавая на Землю бесценные данные до того момента, пока не будет полностью уничтожена.

АМС «Кассини» сделала фотографии колец Сатурна с самого близкого расстояния за всю историю. Удивителен не сам этот факт (ведь в том числе и для этого была запущена АМС), а результаты, которые получены. На снимках отлично видны так называемые «пропеллеры», особые отметины на кольцах, создаваемые спутниками планеты-гиганта. Кольца Сатурна состоят из фрагментов, диапазон размеров которых варьируется от сантиметра до небольшого дома. В кольцах также встречаются и полноценные спутники, например 30-километровый Пан или 7-километровая Дафния. В том числе и эти спутники создают своеобразные разрывы, которые видны на снимках. Всего таких спутников на сегодняшний день насчитывается 62.

Эта станция открыла огромное количество самых разнообразных тайн планеты и её спутников. Давайте осветим некоторые из них.

«Полярный глаз Сатурна»

АМС запечатлела максимально детальный вид «полярного глаза Сатурна», огромного воронкообразного шторма, не одно столетие бушующего на южном полюсе планеты. Шторм настолько огромен, что он с легкостью поглотил бы Землю.

Новый снимок примерно в 10 раз более детальный, чем ранее полученные изображения. Масштаб составляет примерно 2 километра на 1 пиксель. Более ранние попытки запечатлеть «полярный глаз Сатурна» показали, что центр шторма на самом деле состоит из прозрачного воздуха и заполнен похожими на облака структурами.

Новое же изображение позволяет бросить свежий взгляд на шторм диаметром 8000 километров. В центре шторма то тут, то там находятся конвективные облака, которые образуются из поднимающихся с поверхности более тёплых, а затем охлаждающихся газов. На левой верхней части снимка можно наблюдать, как из этих облаков образуется вторичный вихрь.

Ураганы на Сатурне образуются не совсем так, как они образуются на Земле. Земные шторма набирают свою силу благодаря влажности, которую они получают у океанской воды, однако никаких океанов на Сатурне нет. Одна из наиболее логичных теорий предполагает, что свою мощь основные полярные шторма планеты черпают из множества образующихся мелких и краткосрочных ураганов.

Со временем более мелкие шторма двигаются к полярным регионам, принося с собой другие воздушные массы. Их столкновение и является основным источником возникновения вихрей. Астрономы считают, что наблюдение за полярными вихрями позволит более детально понять, как именно могут образовываться штормы на других экзопланетах и какой интенсивностью штормообразования эти планеты обладают.

Энцелад

В качестве одной из вех завершения своей миссии АМС «Кассини» совершила последний близкий пролёт у спутника газового гиганта Энцелада — потенциально обитаемой ледяной луны с подповерхностным океаном. С расстояния менее 5 тысяч километров аппарату удалось сделать несколько очень детальных фотографий, лучше которых мы не увидим, пока к Сатурну не отправится новая исследовательская миссия.

Хотя «Кассини» ещё увидит Энцелад несколько раз до окончания миссии, он больше не будет приближаться к этому спутнику на расстояние ближе 20 тысяч километров.

«Этот последний пролёт Энцелада вызывает чувство триумфа и печали одновременно», — сказал Эрл Мейз, проект-менеджер «Кассини».

Аппарат «Кассини» первым обнаружил гейзеры водяного льда, вырывающиеся из южного полюса Энцелада, и помог учёным открыть огромный подлёдный океан. В настоящий момент Энцелад считается одним из самых перспективных мест в Солнечной системе для поиска внеземной жизни.

NASA был представлен Enceladus Life Finder (ELF), новый класс исследовательского космического аппарата, суть задачи которого заключена собственно в самом его названии: снизиться на высоту 50 километров над южным полюсом Энцелада, где имеющиеся трещины в ледяной корке спутника выплевывают в космос моментально замерзающую воду подледного океана. Нырнув в эти гейзеры, ELF должен будет собрать образцы океанской воды спутника, как это уже делала АМС «Кассини», но с помощью уже более подходящих и современных инструментов. Два ультрасовременных масс-спектрометра займутся поиском ключевых сигнатур наличия жизни, а также следов присутствия газообразного водорода (источника энергии). Кроме того, космический аппарат займется прямым поиском жизни путём измерения состава аминокислот и изотопов углерода, проявляющихся в особых условиях при наличии микроорганизмов.

Структура Энцелада
Структура Энцелада
«Очень большой надеждой для нас является то, что ELF сможет характеризовать уровень обитаемости океана Энцелада», — говорит Линда Спилкер, один из участников проекта «Кассини» и одна из поддерживающих идею ELF. «Мне бы очень хотелось узнать, может ли Энцелад поддерживать жизнь, а ещё лучше – найти доказательства этой жизни».

Из всего того, что мы знаем на данный момент, подповерхностный океан Энцелада может являться наиболее приближенным к земным условиям местом.

Диона

«Кассини» последний раз сблизилась со спутником Сатурна Дионой 17 августа 2015 года.

«Кассини» запечатлела Диону, приблизившись к ней на 500 км. В кадр попали кольца Сатурна.
Фото с сайта NASA
«Кассини» запечатлела Диону, приблизившись к ней на 500 км. В кадр попали кольца Сатурна. Фото с сайта NASA

Диона была загадкой, которая намекала на активные геологические процессы, в том числе переходную атмосферу и следы ледяных вулканов. Однако неопровержимых доказательств пока найдено не было.

«Кассини» передала очередную порцию несметных богатств. Это очень волнительно, видеть эти фотографии поверхности Дионы и осознавать, что этот далёкий мир мы не увидим ещё очень долго", - говорит руководитель группы визуализации Кэролин Порко.

Кассини обнаружил тонкую кислородную атмосферу на Дионе. Но атмосфера крайне разряженная, присутствует только один ион кислорода на каждый 0,67 кубический дюйм (11 кубических сантиметров). Это эквивалентно условиям на высоте 300 миль (480 км) над Землей (примерно орбита МКС).

Диона обращена к Сатурну всегда одной стороной. Спутник хранит две меньшие луны, Елену и Полидевк, запертые в той же гравитационной позиции. Диона также взаимодействует с двумя крупными спутниками Сатурна: Мимасом и Энцеладом, влияя на их орбиты.

Фото с сайта NASA
Фото с сайта NASA
Пятый облет Дионы был нашей последней возможностью получить их, — заявил Бонни Буратти (Bonnie Buratti), руководитель исследовательской команды Cassini из Лаборатории реактивного движения NASA в Пасадене, штат Калифорния.

Гиперион

Было получено детальное изображение ещё одной очень интересной луны Гиперион, усеянной множеством кратеров. Этот спутник Сатурна большей частью состоит из водяного льда и камней.

В ходе одного из облётов Cassini был встречен всплеском заряженных частиц от Гипериона. Это подобно удару электрическим током напряжением 200 вольт. Поверхность луны накапливает электрический заряд под воздействием магнитного поля Сатурна.

Гиперион, размеры которого составляют 410х260 километров, является одним из крупнейших небесных тел в Солнечной системе, имеющих неправильную форму. Пористая структура луны объясняется её очень низкой плотностью. Поверхность спутника усеяна кратерами всех форм и размеров.

Около 40 процентов объема луны составляют пустоты. Естественный цвет спутника – красноватый. Однако на приведённом изображении он приглушён. Это потребовалось для того, чтобы лучше разглядеть особенности поверхности.

Земля с Сатурна

19 июля находящийся на расстоянии 1,5 миллиарда километров АМС «Кассини» сделала снимок Земли из-под колец Сатурна. Стоит отметить, что это лишь третий снимок в истории, на котором Земля запечатлена из внешней части Солнечной системы – она представляет собой маленькую голубую точку. Первые два изображения были сделаны выведенной на орбиту Меркурия межпланетной станцией «Мессенджер» и межзвёздным зондом «Вояджер-1».

Изображение создано в рамках эксперимента по составлению большой панорамы колец Сатурна с целью исследования их структуры, поэтому Земля и Луна здесь, скорее всего, случайные гости.

Данное изображение свидетельствует об удивительной изобретательности жителей этой крошечной планеты, которые смогли создать такой космических аппарат – вершину инженерной мысли.

В настоящее время агентство NASA предоставило ещё один снимок, на котором рядом с Землей можно разглядеть Луну.
В настоящее время агентство NASA предоставило ещё один снимок, на котором рядом с Землей можно разглядеть Луну.
Фотографии «Кассини» и «Мессенджера»
Фотографии «Кассини» и «Мессенджера»

Япет

В 1671 году Джованни Кассини смотрел через телескоп на Сатурн и обнаружил ряд интересных особенностей, включая вторую луну Сатурна — Япет — сразу же продемонстрировавшую свою уникальность: была видна лишь половина её орбиты. Другие 50% времени Япет был совершенно невидим, хотя в остальном он подчинялся обычным законам гравитации. Спустя тридцать лет улучшений телескопа Кассини наконец смог найти эту луну на западной и восточной стороне, но на восточной стороне она была в шесть раз тусклее.

Кассини разработал теорию об этой луне. Он утверждал, что прежде всего Япет должен быть двухцветным, с одной стороной более яркой, чем с другой. Помимо этого, он должен быть приливно заблокирован с Сатурном. Благодаря сочетанию этих факторов, «передний фронт» Япета будет темнее его тыла. Идея была интересной, но проверить её не было никакой возможности.

Это различие окраски не единственное, что делает Япет примечательным или даже уникальным спутником среди всех. Все основные спутники Сатурна движутся по орбите в той же плоскости, что и его кольца. Все, кроме Япета, который имеет значительное наклонение. Ни одна другая крупная луна в Солнечной системе, которая сформировалась вместе с родительской планетой, не имеет такого наклона, как Япет.

Ещё у Япета есть гигантский хребет вдоль экватора: примерно на 10 километров выше, чем остальная часть твёрдого ледяного мира. Ни одна из теорий, предположительно объясняющих появление этого гребня, не имеет преимуществ и перевеса. Япет весьма необычный для Солнечной системы спутник, и мы разгадали не так-то много его загадок.

И всё же одну из загадок Япета мы разгадали спустя 300 лет после её появления, благодаря АМС «Кассини». Когда аппарат его сфотографировал, мы поняли, что Япет действительно двухцветный; одно полушарие отражает до 20 раз больше света, чем другое.

Объяснение этому оказалось удивительным и предсказать его вряд ли было бы возможным. Чуть дальше Япета находится Феб, небольшая луна, которую, скорее всего, Сатурн захватил из пояса Койпера. В отличие от всех других внешних спутников планеты, Феб вращается в противоположном направлении по очень вытянутой орбите и ,что важно, является очень тёмным. Эта луна темнее всех других крупных спутников, вращающихся вокруг Сатурна, и сопоставима с тёмной частью Япета. Феб излучает постоянный поток частиц в течение длительного времени, поскольку радиация Солнца и крошечные столкновения были достаточно сильны, чтобы пылинка за пылинкой сдувать внешнюю поверхность спутника.

Благодаря инфракрасным обсерваториям вроде космического телескопа Спитцер, мы открыли нечто интересное о Фебе: спутник образовал вокруг Сатурна собственное кольцо. Оно больше, диффузнее и менее плотное, чем другие кольца, открытые не текущий момент. Кольцо настолько разрозненное — семь пылинок на кубический километр — и настолько протяжённое, что даже орбита далекого Япета проходит через него. Феб и её кольцо вращаются по часовой стрелке вокруг Сатурна, но Япет вращается в обратную сторону, и мы получаем эффект «жуков на лобовом стекле».

Орбита Япета показана красной линией
Орбита Япета показана красной линией

Со временем эти темные частицы скопились на одной стороне Япета. Но если бы происходило только это, «яркое вещество» на Япете (лёд) просто накрыло бы тёмный материал Феба в короткий срок. Накапливаясь, тёмный материал оказывался бы под слоем льда, и Япет стал бы белым целиком.

Но та же физика, которая приводит к тому, что черная машина нагревается на Солнце быстрее и сильнее, чем белая машина точно так же работает и на Япете. Когда вода пытается сконденсироваться, замёрзнуть и осесть на светлых областях Япета, ей ничего не мешает. Но если лёд приземляется на темной стороне, тепла поверхности достаточно, чтобы сублимировать его (то есть вскипятить из твердой фазы) и отправить на другую сторону.

Спустя 300 лет эта загадка была решена. Необычную луну покрасили в два цвета, благодаря комете, которую Сатурн захватил давным-давно. Сотни миллионов лет её обломки и пыль укрывали другую луну, меняя её цвет. Следующими на очереди являются вопросы горного хребта и наклонения орбиты Япета, но кто знает, сколько ещё загадок нас ожидают за пределами Земли.

Титан

Этот спутник газового гиганта, пожалуй, изучен в разы лучше остальных. Помимо прочего бытует мнение, что следовало бы организовывать миссии по колонизации именно Титана, а не Марса. Давайте разбираться почему.

Во многих отношениях крупнейший спутник Сатурна является одним из самых похожих на Землю миров, которые мы обнаружили на сегодняшний день», говорит NASA на своем веб-сайте. «Благодаря своей густой атмосфере и органической химии, Титан напоминает замороженную версию Земли, какой она была несколько миллиардов лет назад, прежде чем жизнь начала накачивать кислородом нашу атмосферу».

Справедливости ради, следует отметить, что на Титане могут быть микробы — или по крайней мере химия, напоминающая пребиотическую жизнь, — но это всё же не Земля.

Эта луна покрыта оранжевыми облаками, а её атмосфера, хоть и достаточно плотная, но не самая дружелюбная. При этом, гравитация Титана позволяет ходить по поверхности (14% от земной), радиации на поверхности в разы меньше, чем на Марсе, из-за толстых облаков, а также спутник предлагает различные источники для генерации энергии.

На Титане имеются огромные запасы углеводородов — соединений, обычно связанных с нефтью и газом. Данные АМС «Кассини» показали, что на Титане в сотни раз больше жидких углеводородов, чем всех известных запасов нефти и природного газа на Земле.

Люди на Титане могли бы получать энергию из этих соединений, если бы использовали отдельный источник горения, который мог бы работать в отсутствие кислорода. Новое исследование рассматривает и другие способы получения химической энергии, такие как обработка ацетилена (которого там много) водородом.

Энн Хендрикс, ученый некоммерческого Института планетарных наук говорит, что вполне возможно вырабатывать всю эту энергию с применением даже современных технологий. Она отмечает, что, проведя должное исследование, мы могли бы и должны найти способы извлечь больше из окружающей среды Титана. Например, если мы изучим возможности различных материалов для фотовольтаических элементов, мы могли бы извлекать больше солнечной энергии.

«Я предполагаю, что, как и на Земле, на Титане будет полезной комбинация источников энергии, — говорит она. — В частности, солнечной энергии (с применением больших массивов элементов) и ветряной (с использованием воздушных турбин)».

Гидроэнергетика потребовала бы лучшего картирования обильных озёрных районов Титана, включая их топографию и скорость их течений. Даже энергия ветра потребует некоторых исследований в области находящихся в воздухе ветряных турбин. Но все эти направления, по мнению Хендрикс, многообещающие.

При должном подходе этой энергии будет более чем достаточно для небольшого форпоста. Вместо того чтобы просто отправлять людей в миссию в один конец для поиска жизни, как это предполагается в случае с Марсом, Хендрикс видит будущее, в котором энергия вырабатывается для обеспечения всех нужд колонистов.

С поиском внеземной жизни на Титане также гораздо больше перспектив. Есть вероятность, что уже сегодня там существует место с совершенно иной формой биологии. И речь сейчас идёт о метановых морях Титана. Задачу по поиску этой жизни предполагается возложить на аппарат «Explorer of Enceladus and Titan» (Исследователь Энцелада и Титана), или сокращенно E2T, предложенный Европейским космическим агентством. Аналогично аппарату ELF, аппарат E2T сможет пролететь над южным полюсом Энцелада (но только шесть раз) на высоте от 50 до 150 километров и с помощью двух масс-спектрометров изучит воду на наличие признаков жизни. Кроме того, E2T будет оснащен ультрасовременной космической камерой, которая сможет сделать снимки поверхности Энцелада в очень высоком разрешении (в масштабе один метр поверхности на пиксель).

После завершения миссии с Эцеладом аппарат E2T должен отправиться к Титану, чтобы собрать и проанализировать образцы в рамках 17 пролётов через атмосферу спутника на высотах от 1500 до 900 километров над поверхностью.

Нам уже известно, что в небе Титана присутствует некоторая «пребиотическая химия» — органические реакции, которые могли бы привести к формированию РНК и белков. С помощью E2T мы сможем убедиться в том, насколько близко эта химия подобралась к созданию кирпичиков жизни.

Зонд E2T также сделает детальные снимки поверхности Титана, характерными особенностями которого являются землеподобные реки и каньоны, заполненные жидким углеводородом вместо воды, которые были обнаружены АМС «Кассини». Эта находка представляет собой первое прямое доказательство присутствия заполненных жидкостью каналов на Титане, а также первое наблюдение каньонов глубиной в сотни метров.

«Эта идея привлекает очень большое внимание общественности», — комментирует Джузеппе Митри, главный сторонник идеи E2T, считающий, что настало время для астробиологической миссии к внешним границам Солнечной системы, добавляя, что интерес оказался даже выше, чем в случае новой миссии ЭкзоМарс, задача которой тоже заключается в поиске следов внеземной жизни.

Следует понимать, не питая иллюзий, что проект E2T сможет отправиться к спутникам Сатурна не раньше 2030-го (и это при самых оптимистичных прогнозах), но то, что есть энтузиасты и вдохновители таких проектов, не может не воодушевлять.

Если астробиологическое сообщество сможет привлечь необходимые средства, то в течение десятилетия-двух мы сможем вернуться к Сатурну. А когда мы туда доберемся, то основная задача будет заключаться в поиске жизни. Не когда-то существовавшей жизни, как в случае с Марсом, а жизни существующей. Или формирующейся, что не менее, если не гораздо более, интересно.

Гипотетическая модель клеточного организма на метановой основе, живущего в океанах Титана
Гипотетическая модель клеточного организма на метановой основе, живущего в океанах Титана

«Кассини» отлично послужила человечеству. Это тот случай, когда переработка оказалась настолько полезной, что это даже сложно оценить, а данных для анализа и последующих открытий хватит на несколько лет вперёд.

Хочется выразить огромную благодарность всем, кто создавал это чудо человеческой мысли. Мне всегда хотелось приложить руку к созданию чего-то подобного, что не просто вписано в историю, но создаёт вектор для её дальнейшего развития. Чем не смысл жизни?

Ваш Д.