Posted 15 июля 2004,, 20:00

Published 15 июля 2004,, 20:00

Modified 8 марта, 09:50

Updated 8 марта, 09:50

Тайны «властелина колец»

Тайны «властелина колец»

15 июля 2004, 20:00
Преодолев 3,5 миллиарда километров космического вакуума, исследовательский зонд «Кассини» благополучно достиг системы Сатурна и вышел на орбиту вокруг планеты-гиганта. Это произошло совсем недавно – в конце июня 2004 года. Уже первые дни работы экспедиции преподнесли ученым массу сюрпризов, однако самые интересные, а в

Ты помнишь, как все начиналось?

Идея отправить экспедицию в систему Сатурна родилась у ученых давно, слишком уж много тайн скрывает этот затерянный на границах Солнечной системы мир. И вот это свершилось.

15 октября 1997 года с космодрома на мысе Канаверал в космос была запущена автоматическая научно-исследовательская станция Cassini- Huygens, которая должна была исследовать Сатурн и его крупнейший спутник Титан. Зонд, являющийся совместным детищем НАСА и ЕСА, обошелся американским и европейским налогоплательщикам в астрономическую сумму – 3,4 миллиарда долларов. Это самая дорогостоящая экспедиция в истории космонавтики, однако игра стоит свеч. «Кассини» может вращаться вокруг собственной оси, двигаться задом наперед и выполнять другие сложные маневры, чтобы получить качественные снимки и свести к минимуму риск повреждения аппаратуры. Создатели «Кассини» не скрывают, что при работе над зондом учитывали опыт советских экспедиций к Венере. Так, одним из научных консультантов проекта стал бывший директор Института космических исследований (ИКИ) РАН, а ныне профессор университета штата Мэриленд Роальд Сагдеев. Однако официально Россия участия в экспедиции «Кассини» не принимает. Как с горечью заметил ученый секретарь ИКИ РАН Александр Захаров, «для нас подобные проекты слишком дороги. Финансирование российской космической отрасли таково, что нам не до далеких планет, сохранить бы околоземные спутники. Тем не менее я отдаю должное европейцам и американцам. Экспедиция «Кассини» в систему Сатурна – самый грандиозный проект в истории человечества. Возможно, полученные данные приблизят нас к ответу на вопрос о происхождении жизни на Земле».

Осенью 1997 года «Кассини» поднялся в воздух. Ему пришлось обогнуть Землю и Венеру, чтобы набрать достаточную скорость для путешествия к Сатурну. Летом 1999 года аппарат последний раз пролетел мимо Земли, в декабре 2000 года пересек орбиту Юпитера. В июне 2004 года «Кассини» благополучно достиг системы Сатурна.



Царица вечной ночи

Первым объектом, который исследовал «Кассини», стал самый дальний спутник Сатурна – Феба. Планетка эта, имеющая всего 220 километров в диаметре, давно не давала покоя ученым. Дело в том, что Феба отражает

Руководители миссии торжествуют: зонд достиг системы Сатурна и передал первые снимки.

всего 6 процентов падающего света и является одним из самых темных объектов в Солнечной системе. Кроме того, она вращается вокруг Сатурна в направлении, противоположном направлению вращения других спутников. Все эти странности заставили ученых предположить, что Феба – астероид, в незапамятные времена угодивший в гравитационное поле Сатурна.

11 июня 2004 года «Кассини» пролетел на минимальном расстоянии (около 2 тысяч километров) от Фебы. На снимках, которые он передал на Землю, ясно видны многочисленные рытвины и кратеры, от которых отходят яркие полосы-лучи. Во многих местах отмечены наслоения темного вещества. На стенках некоторых кратеров можно заметить обнажения и оползни, вызванные столкновениями с мелкими метеоритами. Как справедливо заметил один из руководителей миссии доктор Альфред Макэвен, «пейзажи Фебы сильно отличаются от снимков астероидов. Они скорее напоминают Плутон, спутник Нептуна Тритон и другие объекты, которые сформировались более 4 миллиардов лет назад во внешних пределах Солнечной системы».

Последующие измерения, которые провел «Кассини», еще больше убедили ученого в собственной правоте. Оказалось, что на Фебе очень холодно – 163 градуса Цельсия ниже нуля. Плотность мини-планеты составляет 1,6 грамма на кубический сантиметр, что меньше плотности скальных пород, но больше плотности чистого льда. И действительно, на Фебе были обнаружены углекислый газ, глины, железистые и кремниевые соединения, примитивные органические вещества и гидратированные полезные ископаемые.

Все это позволило специалисту NASA с большой степенью вероятности утверждать, что Феба не астероид, а объект пояса Койпера (гигантской области, лежащей на дальних границах Солнечной системы, за орбитой Плутона), захваченный Сатурном на ранних этапах формирования Солнечной системы.



Чкалов космического масштаба

Покинув «царицу вечной ночи», «Кассини» устремился к Сатурну, но прежде чем выйти на орбиту вокруг планеты-гиганта, ему необходимо было совершить «маневр века» – проскочить в узкий промежуток между кольцами F и G. Уникальность этой операции заключалась в том, что она происходила без малейшего вмешательства человека (радиосигнал от Сатурна до Земли идет полтора часа), все делали автоматы.

Р

Космическая радуга.

азумеется, «Кассини» был хорошо подготовлен к предстоящему маневру. Щель в кольцах тщательно изучили земные и орбитальные телескопы. И все-таки риск был очень велик. Как остроумно заметил один из руководителей экспедиции, «учитывая скорость космического аппарата, можно сказать, что он повторит подвиг Чкалова, пролетевшего на самолете под мостом». Но «Кассини» достойно выдержал испытание.

В 6 часов вечера 30 июня 2004 года зонд развернулся так, чтобы большая чаша антенны высокой направленности защищала его от микрометеоритов. Через полтора часа был включен двигатель, который проработал 96 минут и уменьшил скорость космической станции так, чтобы она была захвачена притяжением планеты. В 21.00 зонд прошел на минимальном расстоянии от облачного покрова Сатурна – 19,98 тысячи километров. Через несколько минут последовала последняя коррекция. Аппарат вышел на постоянную орбиту и начал съемку колец планеты-гиганта.



Раз – колечко, два – колечко…

Кольца Сатурна по праву считаются одними из самых загадочных объектов Солнечной системы. Широкие и абсолютно плоские (при ширине в 400 тыс. км их толщина составляет всего 10 м), они кружат вокруг экватора планеты-гиганта. 3 кольца хорошо видны с Земли и обнаружены астрономами уже давно, всего же их 7.

Считается, что Сатурн обзавелся кольцами около 100 млн. лет тому назад, однако механизм их формирования до конца не ясен. Одни астрономы предполагают, что вещество колец осталось «невостребованным» с момента формирования самой планеты. Другие считают, что это следы столкновения спутников Сатурна с какими-то космическими объектами. По мнению третьих, спутники разрушились под воздействием приливных сил планеты. Еще одна гипотеза утверждала, что их сформировали обломки комет и астероидов, попавших в сферу мощного гравитационного поля Сатурна. Так или иначе, происхождение колец – одна из самых главных тайн планеты-гиганта, разрешить которую и был призван «Кассини».

Знаменитые кольца Сатурна удерживает не магнитное поле, а взаимодействие Солнца с другими планетами Солнечной системы.

Первые же фотографии, переданные зондом, позволили заявить об открытии века. По словам астрономов, кольца Сатурна имеют разную

структуру. Одни похожи на монолитные белые диски, другие имеют волнообразный рисунок. Его формируют миллиарды частиц, каждая из которых вращается на орбите по строго заданной траектории.

Кроме того, на краю колец аппарат обнаружил много атомарного кислорода, который распределен неравномерно, а с одной стороны интенсивно убегает в космос. Это открытие заставило ученых предположить, что буквально в момент прибытия «Кассини» с кольцами Сатурна столкнулся некий крупный объект. Однако самое интересное ждало ученых впереди.

«Кассини» удалось выяснить, что во внутренних кольцах преобладают мелкие песчинки, а во внешних – крупные глыбы. Да и по химическому составу кольца разительно различаются между собой: внутренние состоят из силикатов и органических веществ, внешние же – из ледяных глыб. Больше всего материал колец напоминает вещества, найденные «Кассини» на Фебе. Астрономы полагают, что это неопровержимый довод в пользу гипотезы, объясняющей образование колец разрушением сатурнианских лун.

Закончив исследование колец, «Кассини» направил свои камеры в сторону Сатурна.



Планета колдунов

О том, что с Сатурном не все чисто, люди подозревали давно. Не случайно планета эта испокон веков считалась покровителем колдовства. Да и для астрономов она очень долго оставалась тайной за семью печатями. Начать с того, что Сатурн явственно сплюснут у полюсов. Ученые осторожно предполагают, что столь странная форма обусловлена тем, что планета-гигант состоит из вещества, чья средняя плотность меньше плотности воды. Однако окончательно ответить на этот вопрос не удается, так как поверхность планеты затянута плотными тучами, в которых бушуют грозы. Данные, полученные «Кассини», еще больше озадачили астрономов.

Еще на подлете к планете-гиганту в конце марта 2004 года зонд наблюдал уникальное природное явление: слияние двух гигантских атмосферных штормов на Сатурне. Вихри диаметром 1 тыс. километров каждый неспешно сближались со скоростью 6 и 11 метров в секунду. Когда они подошли на достаточно близкое расстояние, то сначала завращались друг вокруг друга в подобии какого-то сумасшедшего танца, а потом «слились в экстазе». Интересно, что до миссии «Кассини» ученые и не подозревали, что атмосферные вихри на планетах-гигантах, в отличие от своих земных собратьев, живут так долго – месяцы, годы, а может быть, и столетия.

Да и скорость сатурнианских ветров, также впервые измеренная «Кассини», повергла ученых в изумление. Дело в том, что выше облачного покрова она существенно замедляется. Как объяснить это явление, планетологи пока не знают.

Чем ближе подлетал «Кассини» к планете-гиганту, тем больше удивительных открытий он совершал.

Граница ударной волны между магнитосферой планеты и сталкивающимся с ней солнечным ветром была пересечена зондом на расстоянии 3 миллионов километров от Сатурна. Двадцать лет назад, когда в этих же краях пролетали Voyager-1 и Voyager-2, она пролегала всего лишь в 1,5 миллиона километров, что говорит об изменениях в силе самого солнечного ветра. Учитывая, что он оказывает влияние на климатические процессы, протекающие на нашей планете, информация, переданная «Кассини», чрезвычайно важна для всех землян.

А вот следующее открытие космического зонда чуть было не породило панику в околонаучных кругах. Журналисты на полном серьезе предполагали, что в ближайшее время Сатурн может потерять свои кольца, обломки которых устремятся в сторону Земли. Основанием послужило измерение «Кассини» периода вращения планеты-гиганта, который составил 10 часов 45 минут 45 секунд. Все бы ничего, но это на 6 минут дольше, чем в 1980–1981 годах, когда его измеряли «Вояджер-1» и «Вояджер-2». Очевидно, что планета-гигант не могла замедлить свое вращение так быстро. Скорее это свидетельствует о том, что магнитное поле Сатурна напоминает магнитные поля Солнца и других звезд. Скорость его вращения неоднородна в разных широтах и не совпадает со скоростью вращения планеты. Конечно, теоретически подобная нестабильность магнитного поля может каким-то образом сократить срок жизни колец. Однако научный сотрудник отдела физики и эволюции звезд Института астрономии РАН, кандидат физико-математических наук Дмитрий Вибэ полагает, что это маловероятно. Кольца Сатурна удерживает не магнитное поле планеты-гиганта, а суммарное гравитационное взаимодействие Солнца и других планет Солнечной системы. И хотя периодически из колец, вращающихся вокруг Сатурна, вылетают отдельные обломки, падают они, как правило, на поверхность планеты-гиганта. Даже если какой-то камень и полетит в сторону Земли, он неминуемо затеряется в поясе астероидов, расположенным между Марсом и Сатурном.

Впрочем, наибольший интерес у ученых вызывает даже не сам Сатурн, а один из его спутников – Титан.



Земля дубль два?

Титан – второй по размеру спутник в Солнечной системе, однако уникальность его в другом. На сегодняшний день это единственный известный астрономам спутник, который имеет мощную атмосферу, состоящую в основном из азота и метана. Атмосфера Титана в 1,5 раза плотнее земной. Верхние ее слои (до высоты 240 км) заполнены плотными оранжевыми облаками, вероятно, состоящими из частиц органических полимеров, синтезирующихся под влиянием ультрафиолетовых лучей Солнца. Давление у поверхности Титана – 1,6 бар, температура 90 К, что не исключает существования на поверхности спутника жидкого метана. Британский ученый Надим Гафур из космического центра Суррея даже разработал специальную компьютерную модель, убедительно доказывающую, что на Титане возможны гигантские цунами, высота которых в семь раз выше, чем у самых больших волн на Земле.

Вообще же все данные телескопического исследования Титана говорят о том, что он очень напоминает раннюю Землю. «А значит, не исключено, что где-то в глубинах метановых океанов может существовать жизнь», – считает заместитель директора по науке Института космических исследований РАН, доктор физико-математических наук Олег Кораблев. Вот только никаких метановых океанов на Титане «Кассини» обнаружить пока что не удалось.

На фотографиях, переданных на Землю, ясно виден лед, покрывающий поверхность, странное облако метана на южном полюсе (его частицы намного крупнее, чем обычный для планеты метановый туман), а еще – пятно на севере, которое может быть кратером, но ни малейших следов жидкости. Впрочем, не все еще потеряно. Весьма вероятно, что метановые моря скрыты подо льдом. «Если на планете сохраняется вулканическая активность, шанс найти жизнь остается», – считает Олег Кораблев.

Завесу тайны над Титаном попытается приоткрыть передающая станция Huygens. 14 января 2005 года она отправится на поверхность спутника. Зонд будет спускаться медленно, в течение двух часов. За это время он передаст максимум информации об атмосфере Титана, поскольку на поверхности время его жизни будет ограничено 30 минутами. «Смог из углеводородов быстро разрушит аппарат», – поясняют руководители экспедиции. И хотя маловероятно, что Huygens удастся с ходу обнаружить следы жизни, полученные им данные помогут пролить свет на эволюцию планет.

Что касается дальнейшей судьбы «Кассини», то он пробудет в системе Сатурна 4 земных года, в течение которых будет изучать магнитное поле планеты-гиганта, строение его колец, а также попытается получить более подробную информацию о 31 спутнике Сатурна. За время своей миссии «Кассини» совершит 76 оборотов вокруг планеты-гиганта и 45 витков вокруг Титана. Предполагается, что он передаст на Землю минимум 500 тысяч фотографий. По окончании миссии «Кассини» войдет в атмосферу Сатурна, где и сгорит дотла.



«КАССИНИ» НЕСЕТ ПОСЛАНИЕ К БРАТЬЯМ ПО РАЗУМУ

Космический зонд Cassini-Huygens назван в честь первооткрывателей колец Сатурна Жан-Доминика Кассини и Христиана Гюйгенса. Орбитальный аппарат «Кассини» несет 12 научных приборов. Это разнообразные камеры и спектрометры, работающие в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах, спектрометры заряженных и нейтральных космических частиц, радар, различное оборудование для магнитных измерений, анализатор космической пыли и т.д. Все это богатство питается от трех радиоизотопных термоэлектрических генераторов. Спускаемый зонд Huygens оснащен 6 приборами, которые будут измерять физические, химические и электрические параметры атмосферы Титана, попробуют выявить картину его ветров, соберут образцы газов и аэрозолей, а после посадки узнают, попал ли зонд на твердую или на жидкую поверхность и каковы ее физические и химические свойства. Кроме того, «Кассини» несет послание к братьям по разуму, буде таковые в системе Сатурна найдутся. На внешней поверхности космического зонда закреплен компьютерный диск, на котором записаны более 600 тысяч посланий и автографов людей из 81 страны, которые NASA целых два года собирало через Интернет. Также на диске имеются отпечатки детской ноги, лапы собаки, подписи сенаторов США и знаменитого актера Чака Норриса. Диск покрыт тонкой алюминиевой пластинкой для защиты от метеоритов.


Справка «НИ»

«Кассини» – далеко не первый земной аппарат, который изучал систему Сатурна. 1 сентября 1979 года в окрестностях планеты-гиганта побывал американский исследовательский зонд «Пионер-11». Пройдя на расстоянии 21400 км от облачного слоя планеты, он установил, что магнитное поле Сатурна сильнее, чем у Земли, но слабее, чем у Юпитера. Была уточнена масса Сатурна. По характеру поля тяготения ученые сделали вывод, что внутреннее строение Сатурна похоже на строение Юпитера. По данным же измерений инфракрасного излучения они определили температуру видимой поверхности Сатурна, которая оказалась равной 100 Кельвинам (минус 173 градуса по Цельсию). Этот факт свидетельствует о том, что планета излучает в два раза больше тепла, чем получает от Солнца. Позднее в системе Сатурна оказались «Вояджер-1» и «Вояджер-2», которые передали на Землю весьма качественные изображения планеты. На полученных снимках был хорошо виден облачный покров – вихри, ореолы и желто-коричневые пятна, напоминающие аналогичные образования на Юпитере. Были обнаружены и красное пятно диаметром 1250 км, а также быстро исчезающие темные овальные образования. Однако ни один из этих аппаратов не становился спутником Сатурна и уж тем более не опускался на поверхность Титана.

"