В ходе своей миссии аппарат сделал 293 оборота вокруг Сатурна, среди которых выполнил 162 прохода вблизи его спутников и открыл 7 новых из них, передал на Землю 453 048 фотографий в составе 635 Гбайт научных данных и стал источником для 3 948 научных публикаций. Им были обнаружены океан на Энцеладе, а также океан, 3 моря и сотни малых озёр на Титане. В данном проекте участвовало около 5 тысяч человек из 27 стран, а его общая стоимость составила 3,9 млрд $ в которые начальные доли распределялись как: 2,6 млрд $ от американского агентства NASA, 500 млн $ от европейского ESA и 160 млн $ от итальянского ASI.
Конструкция Кассини
Аппарат Кассини-Гюйгенс в процессе испытаний. Круглая оранжевая часть на переднем фоне - Гюйгенс, осуществивший посадку на Титан, белая часть - 4-метровая антенна/радар Кассини
Схема аппарата под разными углами:
Зонд, названный в честь Джованно Кассини (открывшего со 2-го по 5-й спутники Сатурна) имеет целых 6,8 м в высоту и 4 м в ширину при сухом весе в 2150 кг (это был третий по массе межпланетный зонд после пары советских «Фобосов»). Сатурн достигает только 1,1% от солнечной энергии, доступной нам на орбите Земли, поэтому зонд питается 3 РИТЭГами таких же огромных размеров как и сам аппарат - они имеют 32,7 кг плутония-238 (это в 3,6 раз больше чем было у обоих Вояджеров на старте, в 6,8 раз больше чем есть у Кьюриосити и видимо больше всего плутония доступного NASA на данный момент: , ). Аппарат имеет 1630 отдельных электронных компонентов и 22 тыс. проводных соединений при общей длине кабелей в 14 км, а управляется - дублированными 16-битными компьютерами 1750A (ещё один такой управлял ракета-носителем Titan IV выводившим аппарат на орбиту). Научное оборудование включает в себя 12 инструментов сгруппированные в три группы, которые предназначены для 27 отдельных научных исследований:
Датчики оптического диапазона:
1) Композитный инфракрасный спектрометр, включающий в себя камеры 3 диапазонов (CIRS); 2) широкоугольная и узкоугольная (диаметром в 33 см) камеры видимого диапазона с набором из нескольких фильтров для разных цветов и ПЗС-матрицами разрешением 1024x1024 пикселей. (ISS); 3) ультрафиолетовый спектрометр, включающий в себя 4 телескопа (UVIS); 4) картографирующий спектрометр видимого и инфракрасного диапазона, разбивающий видимый им свет на 352 спектральных участка (VIMS);
Датчики магнитных полей и заряженных частиц:
Датчики радиоволн:
11) 4-метровый в диаметре радар, предназначенный для картографии спутников Сатурна (Radar); 12) научная радио подсистема заключающаяся в использовании основной 4-метровой антенны для наблюдения Сатурна, его колец и спутников на просвет радиоволнами (RSS). Задержка сигнала у Сатурна составляет 68-84 минут в одну сторону.
Через тернии к Сатурну
Вес орбитального и посадочного зондов был слишком велик чтобы их можно было напрямую запустить к Сатурну (с 350 кг Гюйгенса общий вес аппарата составлял 2,5 тонны) - даже с учётом того что Titan IV на котором летел Кассини-Гюйгенс имела на 40% большую полезную нагрузку чем Titan IIIE на котором летели Вояджеры. Поэтому аппаратам пришлось немало поскитаться по Солнечной системе, набирая скорость гравитационными манёврами для встречи с Сатурном: после старта 15 октября 1997 года, 5,7-тонная связка из двух аппаратов заправленных 2978 кг топлива отправились на встречу с Венерой. Выполнив у неё 2 гравитационных манёвра 26 апреля 1998 года и 24 июня 1999 года (в которых они пролетали всего в 234 и 600 км от планеты соответственно), они 18 августа 1999 года вернулись ненадолго к Земле (пролетев от нас в 1171 км) после чего отправились уже к Юпитеру.
Снимок Луны сделанный узкоугольной камерой аппарата в ближнем ультрафиолете, с дистанции около 377 тыс. км и выдержкой в 80 мкс.
Пролетая сквозь пояс астероидов, аппарат встретился 23 января с астероидом Мазурский : к сожалению дистанция составляла 1,6 млн км, да и сам астероид был размерами всего 15x20 км, так что фотография составила меньше 10 на 10 пикселей. 30 декабря 2000 года Кассини-Гюйгенс встретился с Юпитером и своим собратом - Галилео , миссия которого уже приближалась к финалу (свою миссию он завершил почти 14 лет назад таким же самоотверженным подвигом, который собирается сейчас совершить Кассини). Этот 4-й по счёту гравитационный манёвр наконец придал двум аппаратам достаточную скорость для встречи с Сатурном 1 июля 2004 года, к этому времени он уже пропутешествовал 3,4 млрд км.
Чтобы не терять понапрасну время - команда миссии использовала радиоантенны аппарата для уточнения эффекта Шапиро (замедление распространения радиосигнала при движении его в поле гравитации тяжёлого объекта). Точность измерений удалось увеличить с предыдущих результатов в 1/1000 у Викингов и Вояджеров до 1/51000. Опубликованные 10 октября 2003 года результаты полностью совпадали с предсказаниями общей теории относительности.
На графике отчётливо видны пики встреч с планетами (после которых у аппарата прибавляется скорость), длинный спуск с небольшим изломом у Юпитера (когда аппарат летел на встречу Сатурну, постепенно разменивая кинетическую энергию на потенциальную, выбираясь из «гравитационного колодца» Солнца), и серия волн в конце (когда аппарат вышел на орбиту Сатурна, и начал вращаться на его орбите).
Долгожданная встреча и основная миссия
27 мая 2004 года Кассини впервые с декабря 1998 года включил свой основной двигатель для придания аппарату импульса в 34,7 м/с, который был нужен для коррекции траектории, которая провела его 11 июня в 2068 км от Фебы - очень удалённого спутника Сатурна, который предположительно образовался в поясе Койпера и был в дальнейшем был захвачен гравитационным притяжением Сатурна. Из-за огромного радиуса орбиты этого спутника (составляющего в среднем около 12,5 млн км) - это была единственная встреча Кассини с этим спутником.1 июля основной двигатель аппарата был включен ещё раз (уже на 96 минут), чтобы сбросить 626 м/с скорости для выхода на орбиту Сатурна. В тот же день была открыта Мефона и переоткрыта Паллена , которая была обнаружена ещё на одном из снимков Вояджера-2, но так как её не было на остальных снимках, орбиту небесного тела не удалось установить и на 25 лет оно получило обозначение S/1981 S 14. Уже на следующий день Кассини выполнил первый пролёт мимо Титана, 24 октября был открыт ещё один спутник (Полидевк), а 24 декабря был сброшен посадочный зонд Гюйгенс.
14 января 2005 года Кассини выступил в роли ретранслятора для посадочного зонда (о нём речь пойдёт ниже), а на следующий день аппарат максимально сблизился с Титаном и с помощью своего радара обнаружил 440-километровый кратер на его поверхности. 6 мая был обнаружен спутник Дафнис , который обитает на краю щели Килера :
На краях 42-километровой щели были обнаружены волны вызванные весьма слабым притяжением Дафниса (вес которого составляет всего 77 млрд тонн, что создаёт притяжение в 25-100 тыс. раз ниже земного):
Экватор Сатурна и плоскость его колец наклонены на 27° относительно эклиптики, так что мы можем наблюдать оба полюса Сатурна также как и наблюдать его кольца с верхней и нижней стороны. Но так как они наблюдаются под большим углом и с огромных дистанций (1,2-1,66 млрд км в зависимости от взаимного положения Земли и Сатурна) - разглядеть там что-нибудь было просто невозможно, так что скажем шестиугольник Сатурна - был обнаружен только пролетающими мимо Вояджерами.
Фотография Сатурна в естественных цветах, состоящая из 36 снимков Кассини сделанных 19 января 2007 года тремя фильтрами (красным, зелёным и синим). Выдержка снимков сделана с расчётом на видимость тёмных областей колец, поэтому поверхность Сатурна получилась сильно переэкспонированной.
В 2005 году было установлено что через гейзеры Энцелада его ежесекундно покидает около 250 кг водяного пара со скоростью до 600 м/с. В 2006 году учёным удалось установить что именно они являются источником материала для предпоследнего и самого широкого - кольца E.
22 июля 2006 года аппарат пролетел над северными широтами Титана и на радарной карте сделанной аппаратом впервые были обнаружены тёмные области, свидетельствующие о том, что в этих местах на поверхности находятся метановые озёра. За выполненные аппаратом 127 пролётов этого спутника были в подробностях изучены множество участков его поверхности, на некоторых из которых наблюдались динамические изменения. Среди таковых было море Лигеи , имеющее размеры в 420x350 км и среднюю глубину около 50 м с максимумом более 200 м (максимальная глубина регистрируемая радаром):
Наиболее вероятной причиной таких измерений считаются волны, твёрдые тела под или над поверхностью или пузыри в толще жидкости (которые влияют на отражающую способность поверхности).
30 мая 2007 года был обнаружен 2-километровый спутник Анфа , а 10 сентября аппарат прошёл всего в 1600 км от Япета , но уже при передаче снимков в компьютер аппарата попала частица космических лучей , которая вызвала его переход в безопасный режим. К счастью снимков при этом потеряно не было. Незадолго до этого события пришло видео-поздравление Артура Кларка с этим событием (согласно одному из его известнейших романов - «2001: Космическая одиссея» - на поверхности Япета находился один из монолитов).
Видео-поздравление и его перевод
Здравствуйте! Это Артур Кларк, присоединяющийся к вам из моего дома в Коломбо , Шри-Ланка.
Я рад быть частью этого события по пролёту Япета космическим аппаратом Кассини.
Я отправляю моё приветствие всем друзьям - известным и не известным - которые собрались по поводу этого важного события.
Мне жаль что я не могу быть с вами, так как я прикован к инвалидному креслу полиомиелитом и не планирую покидать Шри-Ланку снова.
Благодаря Всемирной паутине я могу следить за ходом миссии Кассини-Гюйгенс с момента его запуска несколько лет назад. Как вы знаете, у меня есть нечто большее чем просто интерес к Сатурну.
И я был по настоящему напуган в начале 2005 года, когда зонд Гюйгенс передал записи звука с поверхности Титана. Это точно то, что я описал в моём романе 1975 года «Земная империя», где мой персонаж слушает ветра дующие над пустынными равнинами.
Возможно, это было предвкушение грядущего! 10 сентября, если всё будет идти по плану, Кассини сделает наш ближайший взгляд на Япет - один из самых интересных спутников Сатурна.
Половина Япета темна как асфальт, в то время как другая половина светла как снег. Когда Джованни Кассини открыл Япет в 1671 году, он мог видеть только светлую сторону. Мы сделали свой лучший беглый взгляд когда Вояджер-2 пролетел мимо него в августе 1981 года - но это было почти в миллионе километров.
С другой стороны, Кассини собирается пройти в чуть больше чем тысячи километров от Япета.
Это особенно захватывающий момент для поклонников «2001: Космическая одиссея» - потому что обнаруженный одиноким астронавтом Дэвидом Боуменом монолит Сатурна стал вратами к звёздам.
35-я глава романа озаглавленная как «Око Япета» содержит следующий фрагмент:
«Дискавери» приближался в Япету так медленно, что движение почти не ощущалось и нельзя было заметить тот миг, когда произошла неуловимая перемена и космическое тело вдруг стало ландшафтом в каких-нибудь восьмидесяти километрах под кораблем. Надежные верньеры дали последние подправляющие толчки и смолкли навсегда. Корабль вышел на свою последнюю орбиту: время оборота – три часа, скорость – всего тысяча триста километров в час. Большей скорости в этом слабом гравитационном поле не требовалось. «Дискавери» стал спутником спутника.Больше 40 лет спустя, я не могу вспомнить почему поместил монолит Сатурна на Япет. В те времена начала Космической эры, наземные телескопы не могли разглядеть деталей этого небесного тела. Но у меня всегда была странная очарованность Сатурном и семьёй его спутников. Кстати эта «семья» росла весьма внушительными темпами: когда Кассини был запущен - мы знали только о 18 из них. Я понимаю что их сейчас 60 штук, и их число продолжает увеличиваться. Я не могу удержать себя от соблазна сказать:
Бог мой, там полно спутников!
Однако в фильме Стенли Кубрик решил поместить всё действие в систему Юпитера, а не Сатурна. Почему такое изменение? Ну, с одной стороны, это сделало сюжет более прямолинейным. И более важно что отдел спецэффектов не смог произвести модель Сатурна, которую бы Стенли нашёл убедительной.
Это было сделано правильно, потому что иначе фильм бы устарел с пролётом миссии Вояджеров, которые представили кольца Сатурна в таком виде, который никто даже не мог себе представить.
Я видел множество примеров того как Нептун изображали в искусстве, так что я буду держать пальцы скрещенными когда Кассини будет пролетать мимо Япета.
Я хочу поблагодарить всех связанных с миссией и всем проектом. Возможно ему не хватает гламура пилотируемой космонавтики, но научный проект чрезвычайно важен для нашего понимания Солнечной системы. И кто знает - возможно однажды наше выживание на Земле окажется зависимым от того что мы там обнаружим.
Это Артур Кларк, желаю вам успешного пролёта.
Карта Япета с разрешением 400 м на пиксель (оригинал 5 Мбайт):
Примерно 40% поверхности этого спутника занимают тёмные области имеющие альбедо в 10 раз меньше светлых областей. Сейчас источником столь большой разницы считается эффект разделения пыли и льда, когда лёд испаряется с темных областей и осаждается на светлых, тем самым светлые области - становятся ещё светлее, а тёмные - темнее. Причиной того что остальные спутники ведут себя «нормально» заключается в том, что они имеют меньшую продолжительность дня, за которую поверхность не успевает достаточно прогреться.
Продление и миссия «Кассини - равноденствие»
С 1 июля 2008 года началась расширенная 27-месячная миссия Кассини, в которую включили 21 дополнительный пролёт Титана, 8 Тефии, 7 Энцелада, 6 Мимаса и по одному пролёту Дионы, Реи и Елены.15 августа 2008 года было открыт Эгеон , который хоть и был назван в честь чудовища со 100 руками и 50 головами, но был практически безобидным «камешком» 500 м в диаметре (он был настолько мал что его размеры пришлось устанавливать по яркости , так что точную форму этого спутника мы не знаем). А 9 октября Кассини выполнил свой самый опасный манёвр - пролёт всего в 25 км от Энцелада (и это на скорости в 17,7 км/с!). На столь рискованный шаг команда миссии пошла ради прямого анализа состава водяного пара его гейзеров.
В ходе своих 23-х пролётов Энцелада за всё время миссии (в 10-ти из которых аппарат приближался на дистанцию меньше 100 км) было установлено, что подповерхностного океана составляет 11-12 единиц (что является малопригодным для земных форм жизни), но в выделениях гейзеров также были обнаружены азот (4±1%), углекислый газ (3,2±0,6%), метан (1,6±0,6%) а также следы аммиака, ацетилена, синильной кислоты и пропана (что говорит об активном образовании под поверхностью Энцелада органических веществ). К сожалению аппарат не содержит специальных приборов для регистрации сложной органики (так как об нахождении таковой аппаратом во время планирования миссии даже не могли предположить), так что ответ на вопрос «возможно ли существование жизни под поверхностью Энцелада?» Кассини оставил для своих последователей.
К 26 июля 2009 года был открыт последний из обнаруженных Кассини спутников - 300-метровый S/2009 S 1 , который был обнаружен благодаря 36-километровой тени которую он отбрасывает на дальний край кольца B по которому пролегает его орбита:
Второе продление и миссия «Кассини - солнцестояние»
В феврале 2010 года было принято решение о дополнительном продлении миссии, которое началось уже в сентябре, и должно было продлиться до мая 2017 года, когда должна была решиться окончательная судьба аппарата. В неё были включены ещё 54 пролёта Титана и 11 пролётов Энцелада.Усилия Кассини и его команды сумевшей добиться выделения дополнительно около 400 млн $ на следующие 7 лет миссии (доведшие стоимость программы почти до 4 млрд $) оказались не напрасны: уже в декабре 2010 года в ходе пролёта Энцелада аппарат установил наличие у него океана под северным полюсом (в дальнейшем было установлено что океан не ограничивается только полярной областью). В том же году на поверхности Сатурна снова появилось Большое белое пятно - огромный шторм который появляется в атмосфере Сатурна примерно каждые 30 лет (Кассини с этим весьма повезло, и такие шторма ему удалось зарегистрировать дважды - в 2006 и 2010 годах). 25 октября 2012 аппарат зафиксировал мощный разряд внутри него, который поднял температуру стратосферных слоёв атмосферы на 83°C выше нормы. Таким образом этот вихрь стал самым горячим среди штормов в Солнечной системе, обойдя даже Большое красное пятно Юпитера.
«День когда Земля улыбнулась» - проект организованный 19 июля 2013 года руководителем команды визуализации Кассини, в ходе которого Кассини сделал снимок всей системы Сатурна в которую также попали Земля, Луна, Венера и Марс. Всего было сделано 323 фотографии, из которых 141 далее была использованы для составления мозаики:
Земля находится в нижнем правом углу, а оригинал без подписей - (4,77 Мбайт).
Параллельно с этим в NASA стартовала кампания «Помаши Сатурну» в ходе которой было собрано 1600 фотографий, из которых 12 ноября была собрана мозаика, которая в тот же день вышла на обложке газеты «Нью-Йорк таймс» (осторожно, оригинал весит 25,6 Мбайт):
С 2012 по 2016 год аппарат фиксировал изменения цвета шестиугольника Сатурна (фото от 2013 и 2017 года, оригинал 6 Мбайт):
«Гюйгенс»
Посадочный зонд, названный в честь Христиана Гюйгенса (открывшего Титан в 1655 году, на который зонд осуществил посадку), представляет собой 318-килограммовый аппарат диаметром 2,7 метра с 6 наборами инструментов:
1) передатчик постоянной частоты предназначенный для измерения скорости ветра по доплеровскому эффекту (Doppler Wind Experiment - DWE);
2) датчики физических свойств атмосферы измеряющие плотность, давление и электрическое сопротивление атмосферы, а также датчики ускорений по всем трём осям позволяющий в купе с предыдущим прибором устанавливать плотность атмосферы (Huygens Atmospheric Structure Instrument - HASI);
3) камеры видимого и инфракрасного спектров, параллельно с получением картинок занимающиеся измерением спектра и освещённости на текущей высоте аппарата (Descent Imager/Spectral Radiometer - DISR);
4) пиролизёр аэрозольных частиц выполняющий нагрев проб взятых с двух различных высот, и перенаправлял их в следующий прибор (Aerosol Collector and Pyrolyser - ACP);
5) газовый хромато-масс-спектрометр измеряющий состав и концентрацию отдельных составляющих атмосферы Титана, а на последнем этапе - ещё и испарённого нагревателем верхнего слоя грунта (Gas Chromatograph Mass Spectrometer - GCMS);
6) набор приборов для измерения свойств поверхности, в которые входит акустический датчик измеряющий плотность/температуру атмосферы на последних 100 м спуска по свойствам отражённого поверхностью звука (Surface-Science Package - SSP).
Гюйгенс отделился от Кассини 24 декабря 2004 года, и к 14 января добрался до атмосферы Титана. Спуск в атмосфере занял 2 часа и 27 минут, в ходе которого в действие последовательно вступали тепловая защита аппарата и три его парашюта, а после посадки он ещё 72 минуты передавал данные с поверхности (пока зонд Кассини выполнявший роль ретранслятора сигнала не ушёл за горизонт).
Международная кооперация зонда Гюйгенс
«Грандиозный финал»
В мае 2017 года решалась дальнейшая судьба аппарата: к завершению второй продлённой миссии у него осталось очень мало топлива, и были рассмотрены 19 возможных вариантов завершения миссии, среди которых были столкновение с Сатурном, его основными кольцами или ледяными спутниками, увод с орбиты Сатурна на гелиоцентрическую орбиту или стабильную орбиту вокруг Титана/Фебы (и даже вариант столкновения с Меркурием). В итоге было принято решение направить аппарат в атмосферу Сатурна, чтобы таким образом обезопасить спутники Сатурна от их возможного биологического загрязнения. Для осуществления этой задачи аппарат выполнил 22 апреля манёвр вблизи Титана, который перенаправил его в 2000-километровый промежуток между Сатурном и его ближайшим кольцом.С тех пор он совершил 21 виток на дистанции всего в 1600-4000 км от сатурианских облаков, всё время приближаясь к атмосфере Сатурна, и на данный момент находится на своём последнем 22-м витке. Аппарат сделает свои последние снимки за до вхождения в атмосферу, после чего развернёт свою 4-метровую антенну по направлению к Земле, и будет передавать данные о составе сатурианской атмосферы со своих спектрометров до тех пор, пока сможет парировать атмосферные возмущения. Вскоре после потери с ним связи он разрушится, и сгорит в плотных слоях атмосферы Сатурна - где-то там, в созвездии Змееносца за 1,4 млрд км от нас.
Свою миссию первый искусственный спутник Сатурна — зонд Cassini. Он сгорел в атмосфере планеты. Зонд передавал на Землю снимки, которые позволят ученым узнать больше о Сатурне, его кольцах и спутниках. Самые яркие из них — в фотогалерее РБК.
Межпланетный зонд Cassini был создан NASA, Европейским космическим агентством и Итальянским космическим агентством. Он стартовал с Земли в октябре 1997 года и был предназначен для исследования Сатурна, его колец и спутников.
(Фото: NASA / JPL / University of Colorado)
Зонд достиг Сатурна в 2004 году. Орбитальная станция Cassini — часть комплекса. Он состоял из орбитальной станции и спускаемого аппарата с автоматической станцией «Гюйгенс», предназначенной для посадки на Титан, которая состоялась 14 января 2005 года.
(Фото: NASA / JPL / Space Science Institute)
Финальная часть исследования Сатурна началась в апреле 2017 года. Зонд должен был пролететь между Сатурном и его кольцами, чего ранее не делал ни один аппарат, созданный руками человека. После 22 таких пролетов, как и предполагалось, у Cassini закончилось топливо (он работал от трех радиоизотопных термоэлектрических генераторов на плутонии-238), и он был направлен в плотные слои атмосферы планеты, где сгорел.
(Фото: NASA / JPL / Space Science Institute)
Сигналы с Cassini на Земле получали в течение 83 минут после гибели космического аппарата. Ученые надеются, что перед гибелью он успел передать информацию, которая даст более полное представление о строении атмосферы Сатурна.
(Фото: NASA / JPL / Space Science Institute)
Всего к исследовательской программе привлечено 17 стран. В обработке данных, поступающих с Cassini, участвует более 250 ученых по всему миру.
(Фото: ESA / NASA / JPL / University of Arizona)
Cassini начал облет колец Сатурна с Северного полюса, по мере движения высота полета снижалась с 72,4 тыс. км над уровнем облаков.
«Ни один космический аппарат никогда не был так близок к Сатурну. Мы могли полагаться только на прогнозы, основанные на наших знаниях о других кольцах Сатурна, наших представлениях о том, что представляет собой промежуток между кольцами и Сатурном. Я рад сообщить, что Cassini прошел через этот промежуток, как мы и планировали, и вернулся в отличной форме», — руководитель миссии Cassini, доктор Эрл Мейз в апреле 2017 года.
(Фото: NASA / JPL / Space Science Institute)
Первоначально планировалось закрыть миссию в 2008 году. Однако впоследствии она была продлена.
Зонд Cassini стал первым искусственным спутником Сатурна, а автоматическая станция «Гюйгенс» — первым космическим аппаратом, который совершил мягкую посадку во внешней области Солнечной системы (начинается за пределами орбиты Марса и пояса астероидов).
(Фото: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)
В 2004 году, когда зонд достиг Сатурна, в северном полушарии была зима, а оно находилось в тени.
(Фото: NASA / JPL-Caltech / Space Science Institute)
Общие затраты на миссию составили более $3,26 млрд.
Последние 13 лет космический аппарат «Кассини» безмолвно менял наше понимание Солнечной системы. Миссия «Кассини» - совместный проект американского аэрокосмического агентства NASA и Европейского космического агентства стоимостью 3,62 миллиарда долларов – заключалась в изучении газового гиганта Сатурна и его многочисленных лун. Но уже завтра эта миссия подойдет к своему в буквальном смысле пылающему концу. В пятницу, в 7:55 по восточному времени Земля перестанет получать данные от «Кассини», так как аппарат со скоростью метеора упадет в атмосферу Сатурна и будет целенаправленно уничтожен. К этому моменту астрономы готовились многие годы.
Все инструменты космического аппарата по-прежнему отлично работают, однако продолжительная миссия израсходовала практически все топливо, необходимое для коррекции орбитальной траектории движения зонда вокруг Сатурна. Но вместо того, чтобы просто позволить аппарату выйти из-под контроля и, возможно, разбиться где-нибудь еще, команда управления миссией запрограммировала компьютер зонда на вхождение в атмосферу Сатурна, чтобы уберечь спутники планеты и любые вероятные формы жизни, находящиеся на них.
Несмотря на все заслуги этого космического аппарата, «Кассини», если можно так выразиться, всегда был аутсайдером. Его миссия не была такой яркой, как миссия аппарата «Новые горизонты», пролетевшего мимо Плутона, или любой другой миссии, связанной с Марсом, куда за пару последних десятилетий американское агентство отправило не один посадочный модуль и ровер. Темы, связанные с миссией возле Сатурна, редко составляли главные заголовки новостей. Однако отсутствие хайпа никоим образом не снизило градус научной важности открытий, которые совершил «Кассини».
Если отбросить формальности, то началась она 15 октября 1997 года, когда на борту ракеты-носителя Titan IVB/Centaur «Кассини» был выведен на орбиту Земли. Запуск был совместным – ракета-носитель выводила также на орбиту и зонд «Гюйгенс», построенный Европейским космическим агентством. Этот аппарат был разработан для высадки на крупнейший спутник Сатурна Титан, откуда он смог бы передавать научные данные исследователям на Землю.
Запуск происходил не без эксцессов. Были люди, протестовавшие против запуска «Кассини» из-за опасения загрязнения среды плутониевым топливом, на основе которого работает космический аппарат. Перед отправкой «Кассини» физик Мичио Каку заявил, что если запуск окажется неудачным и произойдет взрыв ракеты, то радиоактивный материал осыплется дождем на людей, находящихся возле стартового комплекса. Агентство NASA и правительственные структуры поспешили уверить всех в том, что такая ситуация просто невозможна. К счастью, в конечном итоге запуск действительно прошел без каких-либо проблем.
Два космических аппарата прибыли к Сатурну спустя 7 лет с момента их запуска со стартового комплекса на мысе Канаверал. «Гюйгенс» высадился на Титан 14 января 2005 года. С тех пор «Кассини» совершил множество орбитальных оборотов вокруг планеты и ее спутников. Благодаря ему мы получили возможность по-новому взглянуть на эту систему, разобраться в особенности колец планеты.
Спутники
Начиная от громадного Титана и заканчивая крошечной луной Дафнис – наблюдения «Кассини» позволили узнать много нового о спутниках этой гигантской кольцевой планеты. Сатурн и его спутники в буквальном смысле можно рассматриваться как Солнечную систему в миниатюре.
Пан (похожий на пельмень)
Пять самых интересных открытий «Кассини»
Сложно перечислить весь вклад в планетарную науку, который внес «Кассини» за 13 лет своей миссии, но совсем несложно понять, как много эта миссия значит для ученых на Земле. Ниже будут представлены всего несколько самых важных открытий, совершенных этим зондом более чем за десятилетний срок его работы.
«Кассини» не только заметил, но и пролетел сквозь выбросы жидкой воды, выстреливаемой в космос из подповерхностного океана Энцелада. Открытие оказалось удивительным. Океан спутника, вполне возможно, имеет правильный химический состав, необходимый для жизни, что делает его одной из самых желанных целей для поиска внеземной жизни внутри Солнечной системы.
Наблюдая за Титаном, мы смогли узнать больше о себе. Исследование одного из самых больших спутников Сатурна открыло для нас сложный мир озер из жидкого метана и дюн из углеводородов. Для неподготовленного наблюдателя Титан может показаться похожим на Землю, но это явно чужая планета, представляющая собой идеальный пример разнообразия среди планетарных тел.
До момента отправки «Кассини» к Сатурну в 1997 году ученым было известно лишь о существовании 18 спутников, оборачивающихся вокруг кольцевого гиганта. Пока космический аппарат в течение семи лет двигался к этой планете, исследователи открыли еще 13 спутников. Однако сегодня, благодаря «Кассини», мы смогли выяснить, что Сатурн является «папой» аж 53 спутников.
За время своей работы «Кассини» удалось получить по-настоящему впечатляющие изображения Сатурна, но, возможно, самыми впечатляющими и одновременно уникальными являются фотографии полюсов планеты. Нам удалось в деталях рассмотреть шестиугольный поток атмосферных течений, окружающих мощный шторм, бушующий на северном полюсе Сатурна. Согласно NASA, площадь этого урагана в 50 раз больше, чем площадь среднестатистического урагана на Земле.
Перед кульминацией миссии «Кассини» занял положение между кольцами планеты и самим Сатурном. И как выяснилось, здесь невероятно спокойно. Вместо ожидаемых пылевых завихрений, мечущихся между планетой и кольцами, «Кассини» в рамках своих последних орбитальных облетов обнаружил абсолютно пустое пространство.
Миссия, по которой будут скучать
Хотя, как уже отмечалось выше, миссия «Кассини» была не такой яркой, как марсианские, она оказалась очень полезной для современной астрономии. Каждый месяц зонд отправлял на Землю по-настоящему уникальные, ранее невиданные изображения и новые научные данные. Многие начинающие астрономы построили свои карьеры на базе этих данных.
Завершение миссии станет настоящей потерей для научного и околонаучного сообщества. Особенно на фоне того, что, помимо зонда, который займется изучением спутника Юпитера Европы, у NASA и других космических агентств нет планов, по крайней мере в видимом будущем, продолжать изучение горизонтов удаленных миров Солнечной системы вроде Сатурна, Нептуна и Урана.
О космической миссии, которая два раза была под угрозой срыва, но благодаря здравому смыслу и рассудку американских чиновников все же состоялась.
15 сентября 2017 года орбитальный аппарат “Кассини” — один из грандиознейших примеров совместной работы международной группы ученых — закончит свою миссию по изучению Сатурна и его системы. Примерно в 15:00 по МСК зонд войдет в верхние слои атмосферы газового гиганта, распадется на мелкие части и сгорит, словно метеор. Однако до самого конца “Кассини” попытается удерживать свою антенну направленной на Землю, чтобы передавать “домой” последние данные о внутреннем мире «властелина колец».
За почти 20 лет работы в космосе межпланетная станция совершила множество открытий. Благодаря “Кассини” мы поняли, как сформировались и из чего состоят кольца Сатурна (по сути, аппарат подтвердил гипотезу американского ученого Ларри Эспозито, который говорил, что кольца состоят из ледяных кусков разрушенных мелких спутников планеты), узнали о наличии у газового гиганта атмосферного феномена — необычного шестиугольника, узнали о существовании гроз, полярных вихрей; аппарат помог обнаружить на спутнике этой гигантской планеты — Энцеладе — океан жидкой воды, спрятанный под слоем толстого льда, а также объяснить причину “двуликости” другого спутника Сатуна — Япета (одно из его полушарий блестит как снег, другое черное словно покрыто копотью).
Без преувеличения скажем, что “Кассини” полностью изменил наше представление об облике Сатурна и об устройстве его спутников. Цитируя Джима Грина, главу планетарных исследований NASA, хочется отметить, что продолжая традиции великих космических исследователей, этот научный аппарат проложил новый путь, показав нам новые чудеса и то, куда в ближайшем будущем нас может завести наше любопытство.
Как начиналась миссия “Кассини-Гюйгенс”
В конце 1970-х — начале 1980-х три аппарата NASA (Pioneer-11, Voyager-1, Voyager-2) пролетели мимо Сатурна и передали в центр управления полетами космического агентства серию снимков этой планеты и ее спутников, сделанных с относительно близкого расстояния. Ученые впервые смогли разглядеть кольца газового гиганта. Выяснилось, что они состоят из сотен тысяч маленьких кусочков неизвестного происхождения и самого разного диаметра, а некоторые из колец каким-то необъяснимым образом даже переплетаются! Что еще поразило ученых, так это спутник газового гиганта Титан. Он значительно отличался от того представления о нем, которое ранее существовало в головах ученых. Это был холодный мир, превосходящий по своим размерам Меркурий, с очень плотной атмосферой, настолько плотной, что ни один из трех зондов так и не сумел разглядеть его поверхность.
Полученные данные только подогрели интерес астрономов к “властелину колец” и его спутникам. В 1982 году была создана рабочая группа, в которую вошли представители NASA и ESF (Европейский фонд науки), по планированию программы следующей после Вояджеров “флагманской” миссии. На заседании группы было принято решение построить совместными усилиями космический аппарат для исследования Сатурна и его системы.
По замыслу ученых, аппарат должен был состоять из двух частей: орбитальной станции “Кассини” (названа в честь французского астронома Джованни Кассини, который в 1665 году открыл четыре спутника Сатурна: Япет, Диону, Тефию, Рею) и спускаемого модуля “Гюйгенс” (назван в честь нидерландского астронома Христиана Гюйгенса, открывшего Титан и кольца Сатурна), предназначенного для посадки на Титан. Стоимость проекта оценивалась в $2,5 млрд, но затем выросла почти до $ 3,6 млрд. Большую часть средств, около $3 млрд, внесло NASA.
Так проект «Кассини-Гюйгенс» стал одним из самых дорогих в истории NASA и одним из первых, в котором приняли участие не только специалисты из США, но и их коллеги из ESA (Европейское космическое агентство) и ASI (Итальянское космическое ведомство).
В 1984 году начались работы по созданию системы “Кассини-Гюйгенс”, а в 1992 и 1994 возникли первые проблемы. Миссия оказалась под угрозой срыва, конгресс США не хотел выделять дополнительные деньги на разработку исследовательского аппарата. Но первой американской женщине-астронавту Салли Райд, обладавшей в то время огромным влиянием, и ее коллегам удалось убедить конгрессменов, и средства поступили в бюджет NASA.
Через три года, в 1997-м, на космодроме на мысе Канаверал во Флориде уже стояла ракета-носитель Titan IVB, готовая вывести на орбиту один из самых больших когда-либо построенных людьми исследовательских аппаратов.
Конструкция аппарата
Космический исследователь, чья миссия — раскрыть величие Сатурна, происхождение, состав его колец и природу спутников, представляет собой аппарат высотой 10 метров и весом около 6 тонн на момент старта (половину веса занимало топливо). Он оснащен 18 научными приборами и камерами (12 установлено на станции и 6 на спускаемом модуле), способными выполнять точные измерения в любых атмосферных условиях и фотографировать в различных спектрах света.
Орбитальная станция “Кассини” с помощью специальных фильтров может “видеть” Сатурн и его спутники на тех длинах волн, которые недоступны для человеческого глаза (такие фильтры помогают специалистам узнать, как именно атмосфера планеты отражает и поглощает определенные длины волн солнечного света). Кроме того, установленные на борту станции инструменты могут “чувствовать” магнитные поля и крошечные пылевые частицы, которые человек никогда не ощутит.
Связь. Станция может передавать данные и принимать информацию через четырехметровую антенну высокого усиления (HGA), либо, в случае чрезвычайной ситуации, через одну из двух антенн низкого усиления(LGA). Все три инструмента разработаны Итальянским космическим агентством.
Основная антенна (HGA) также используется как прибор для работы с радиосигналами, проходящими через атмосферу Титана, Сатурна и кольца планеты. Эти сигналы изучают для того, чтобы определить размер частиц колец и атмосферное давление газового гиганта.
Двигатели. На станции установлено два комплекта реактивных двигателей: два основных — для выхода на расчетную траекторию, и 16 запасных малой тяги — для ориентации зонда, малых маневров и коррекции орбиты. Лишь 1% времени в пути до Сатурна посланник Земли провел с включенными двигателями.
Генераторы. Во время создания “Кассини” было принято решение, что работать станция будет не на энергии Солнца (из-за удаленности Сатурна от нашей звезды солнечные панели малоэффективны), а на основе радиоактивного плутония-238. Для этого были разработаны три радиоизотопных термоэлектрических генератора, в которых помещалось 32 кг радиоактивного плутония. Специалисты посчитали, что такого запаса топлива должно хватить до конца миссии для маневров, торможения, выхода на орбиты, обеспечения энергией приборов.
Приборы прямого и дистанционного зондирования. Эти инструменты представляют собой различные спектрометры и радары, которые могут делать замеры с большого расстояния. Они измеряют:
— электрические заряды частиц;
— плазму и солнечный ветер в магнитосфере планеты;
— направление, размер и скорость движения пылинок, находящихся рядом с газовым гигантом;
— инфракрасные волны, исходящие от космических тел, чтобы узнать температуру и состав этих объектов;
— исследуют молекулы ионосферы Сатурна;
— сканируют поверхность спутников газового гиганта и моделируют карты этой поверхности, измеряют высоту гор и каньонов на ней при помощи радиосигналов.
Магнитометр. На станции установлена специальная штанга, которая может выдвигаться вперед на 11 метров. Это магнитометр. Предназначен он для измерения магнитного поля вокруг Сатурна и составления 3-D карты магнитосферы планеты.
Компьютер. Все научные инструменты, установленные на станции, снабжены собственными микрокомпьютерами. Основной компьютер — GVSC 1750A, разработанный компанией IBM, застрахован от ошибок и сбоев многоступенчатой системой защиты.
Система ориентации. Как и древние моряки, космический зонд ориентируется по звездам. В память датчиков станции команда NASA заложила звездную карту из пяти тысяч звезд. Ориентация в космическом пространстве происходит следующим образом: каждую секунду датчики делают не менее десяти широкоугольных снимков звездного неба, сравнивают их с картой, заложенной в памяти, и определяют расположение аппарата в космическом пространстве. Информация о движении станции обновляется с частотой 100 раз в секунду.
Спускаемый модуль “Гюйгенс” — детище Европейского космического агентства. Он представлял собой аппарат шириной 2,7 метров и весом около 320 килограммов с толстой защитной оболочкой, которая спасала его от перегрева во время спуска на Титан.
“Гюйгенс” был собран из двух частей: защитного модуля и спускаемого модуля. Защитный модуль состоял из оборудования, отвечающего за отделение от “Кассини” и теплозащитного экрана, предотвращающего перегрев при входе в атмосферу Титана. Спускаемый модуль был оборудован тремя парашютами, отвечающими за спуск, и серией научных приборов:
HASI — инструмент для измерения атмосферы. Прибор был оборудован специальными датчиками, которые в момент спуска “Гюйгенса” измеряли физические и электрические свойства атмосферы Титана;
DWE — прибор для измерения скорости ветра на поверхности спутника Сатурна;
DISR — прибор для измерения радиационного баланса (или дисбаланса) толстой атмосферы Титана;
GCMS — прибор представлял собой универсальный газовый химический анализатор, который идентифицировал и измерял химические вещества в атмосфере Титана;
ACP — инструмент предназначался для анализа аэрозольных частиц, извлеченных из атмосферы Титана;
SSP — комплект датчиков, предназначенных для определения физических свойств поверхности Титана в месте спуска. Эти датчики определяли, была поверхность твердой или жидкой.
Путь к Сатурну
Миссия «Кассини-Гюйгенс» была запущена 15 октября 1997 года. Чтобы вывести на орбиту столь тяжелый аппарат, напомним, его вес составлял около 6 тонн, специалисты использовали одну из мощнейших в то время ракет-носителей Titan IVB.
Чтобы придать посланнику Земли требуемое направление полета и необходимую стартовую скорость, между ракетой и зондом был поставлен дополнительный разгонный блок “Центавр”.
Вместо прямого маршрута к Сатурну (в этом случае в аппарат необходимо было бы “залить” 68 тонн дополнительного топлива — ноша, с которой не справится ни одна ракета в мире), было принято решение проложить для станции более сложный путь: c двумя гравитационными маневрами около Венеры в 1998 и 1999 годах, одним у Земли в августе 1999 года и еще одним у Юпитера в 2000 году. Каждый маневр дал “Кассини” дополнительное ускорение (за счет собственного движения планеты и гравитационного притяжения), что позволило аппарату добраться до Сатурна с практически нулевым расходом топлива. Единственный минус такого способа передвижения — время, используя гравитационный маневр, ученые потеряли, в среднем, около четырех лет, но это незначительная цена, учитывая важность миссии.
Практически весь путь до Сатурна “Кассини” провел с выключенными приборами, они “просыпались” лишь когда аппарат пролетал рядом с планетами или их спутниками, чтобы запечатлеть эти объекты. Во время гравитационного маневра возле Юпитера зонд сделал порядка 30 000 фотографий этой планеты.
В январе 2004 года команда NASA постепенно начала выводить аппарат из “спячки”, включая все больше и больше инструментов. По мере приближения к Сатурну, “Кассини” делал потрясающие снимки планеты. Взору камер представал величественный Сатурн, тень которого ровно ложилась на кольца планеты. Таким “властелина колец” земляне еще не видели никогда.
“Кассини” добрался до места назначения 1 июля 2004 года. Аппарат проскочил между двумя тонкими внешними кольцами F и G, и станция начала тормозить, включился один из основных ее двигателей, который проработал около 100 минут, потратив лишь 850 кг топлива. Во время торможения “Кассини” был развернут таким образом, что его главная антенна служила своего рода защитой для хрупких приборов аппарата от крошечных частичек пыли. Было зафиксировано порядка 100 тысяч попаданий в корпус станции, но, к счастью, серьезных столкновений не произошло, и аппаратура осталась неповрежденной.
Когда двигатель замолк, стало ясно, что мечта ученых сбылась — аппарат оказался на орбите Сатурна целым и невредимым. Семилетнее путешествие к газовому гиганту закончилось, и станция приступила к исследованию планеты и ее спутников.
Титан и спуск модуля “Гюйгенс”
“Кассини” не был первым аппаратом посетившим планетарную систему Сатурн (до него это сделали Pioneer-11 и Voyagers), но был первым, кто должен был в ней остаться. Именно поэтому станция несла с собой уникальное оборудование — спускаемый модуль “Гюйгенс”. Он должен был приземлиться на самом крупном спутнике Сатурна Титане и провести серию исследований.
Первое знакомство «Кассини» с Титаном произошло на следующий день после выхода аппарата на орбиту Сатурна. Это был нулевой пролет на расстоянии почти 400 000 км от спутника, своего рода “разведка местности” перед отделением “Гюйгенса”. Правда, съемку Титана “Кассини” начал еще в мае, когда станция только подлетала к “Властелину колец”. Фотографирование в инфракрасном диапазоне позволило выявить на покрытом завесой плотных облаков спутнике некоторые детали рельефа. Однако понять, что же представляют собой светлые и темные пятна на снимках у ученых не получалось. Невозможно было даже различить, где возвышенности, а где впадины.
Еще одна, на этот раз более близкая встреча с гигантским спутником состоялась в октябре, когда «Кассини» заканчивал первый виток вокруг Сатурна. Это сближение стало более результативным. Аппарат приблизился к Титану на расстояние 1200 км, это в 300 раз ближе, чем при первом “знакомстве” с объектом. Фотографии, сделанные в высоком разрешении, просто завораживали. Титан предстал перед учеными во всей красе. Впервые специалисты увидели, что находится под завесой его плотной атмосферы. На фото проступали детали рельефа, пятна размером с континент, напоминающие гладь моря с заливами и островами. Этот регион получил название Ксанаду, его происхождение и география до сих пор остается загадкой.
Именно в этом районе со сложным рельефом и должен был приземлиться “Гюйгенс”. Чтобы осуществить посадку модуля, «Кассини» снова необходимо было подойти к Титану, на этот раз на расстояние чуть более 2 000 километров. 25 декабря “Гюйгенс” был “отстрелен” от “Кассини”, а 15 января “сел” на поверхность самого большого спутника Сатурна.
Спускаемый модуль стал первым рукотворным объектом, совершившим мягкую посадку во внешней Солнечной системе.
Во время спуска, который занял 21 день, рельеф местности начал распознаваться лишь на высоте 74 км, и когда были получены первые снимки, сделанные модулем в час посадки, ученые очень удивились. Например, на фото они обнаружили темные дренажные каналы, говорящие о том, что в них когда-то текли метановые реки. Было выяснено, что на Титане есть большие моря, правда, только на полюсах.
Также модуль смог записать звуки ветра на Титане, благодаря установленному на его борту микрофону.
В общей сложности, “Гюйгенс” передал “Кассини” более 500 мегабайт информации, к сожалению, большая часть данных была утрачена из-за сбоя в компьютерной системе.
Модуль проработал на поверхности Титана 72 минуты 13 секунд — именно столько времени “Кассини” принимал сигналы от “Гюйгенса”, затем орбитальная станция скрылась за горизонт, и сигналы прекратили поступать.
Энцелад
Во время своей миссии “Кассини” смог изучить шестой по величине спутник Сатурна — Энцелад, привлекший внимание ученых из-за удивительных гейзеров, выбрасываемые вещества которых стали основным материалом для кольца Сатурна E. Эти струи появляются из так называемых криовулканов, выбрасывающих воду и летучие вещества вместо лавы. “Кассини” определил более 100 таких гейзеров, которые ежесекундно выбрасывают в космос 200 кг воды. Часть ее оседает на поверхность Энцелада в виде снега, а часть “вливается” в кольцо E. Эти гейзеры показывают, что Энцелад — геологически активный мир, подогреваемый изнутри. Раз на глубине происходит нагрев и есть лед на поверхности, значит, спутник должен обладать залежами воды, которая может находиться в подповерхностном океане и иметь глубину в пару десятков километров.
Наличие океана воды под поверхностью может значить, что у Энцелада есть все необходимое для зарождения жизни.
Другие открытия “Кассини”
В 2010 году руководство NASA объявило, что не смотря на то, что срок службы аппарата практически вышел, он продолжит свою работу на орбите Сатурна еще семь лет, до 2017 года. За это время станция сделала немало открытий.
1. Кассини собрал массу полезных данных о Титане. Он определил местоположение залежей углеводородов, выяснил, что погода на Титане временная, и что большая часть его поверхности состоит из замерзшей воды. “Кассини” помог ученым понять, что Титан — весьма интересный для исследований мир с разреженной атмосферой, залежами жидкого метана и, вероятно, с наличием жидкой воды.
2. На других спутниках Сатурна Дионе и Рее автоматическая станция нашла тектонические образования — обрывы и ледяные хребты. “Кассини” так же обнаружил на этих двух спутниках разреженную атмосферу, состоящую из углекислого газа и кислорода.
3. Межпланетная станция помогла ученым объяснить эффект “двуликости” Япета — третьего по размеру спутника Сатурна и открыла на его поверхности необычный горный хребет более 13 км высотой и 20 км шириной, опоясывающий спутник почти на 1300 км.
Этот спутник долго не давал астрономам покоя. Ученые пытались понять причины, по которым один полюс Япета бывает черным, а другой белым. “Кассини” приоткрыл завесу тайны. Оказалось, такие различия в окраске обусловлены пылью. Метеориты, которые падают на поверхность далеких спутников Сатурна, “выбивают” ее оттуда, и она оседает на ведущем полушарии Япета, то есть на том полушарии, которым он движется вперед по орбите. Покрытые пылью участки нагреваются сильнее, чем соседние регионы, и лед с них испаряется и конденсируется там, где температура поверхности ниже: на ведомой стороне и в околополярных областях.
Грандиозный финал “Кассини”
Команда NASA подготовила весьма захватывающий конец для миссии “Кассини”. После 20 лет службы аппарат сгорит в атмосфере Сатурна. Произойдет это, по расчетам ученых, 15 сентября 2017 года. Такой финал выбран специалистами преднамеренно. Дело в том, что когда “Кассини” выработает все свое топливо, его орбита будет становиться все менее и менее предсказуемой, а значит, появится риск, что зонд может столкнуться с одним из двух спутников гиганта - Энцеладом или Титаном, и занести на них живые организмы. А как мы знаем, эти два объекта представляют собой весьма активные геологические миры, которые могут обладать всеми необходимыми условиями для развития земной жизни.
26 апреля 2017 года межпланетная станция начала выполнять серию из 22 витков между Сатурном и его кольцами, постепенно приближаясь к верхним слоям атмосферы газового гиганта. В час последнего облета аппарат окунется в Сатурн, попытавшись удержать антенну направленной на Землю, пока будет передавать свое последнее сообщение. Затем путешествие закончится, и “Кассини” станет частью газового гиганта: станция распадется на обломки и сгорит.
На момент написания этого материала, “Кассини” преодолел в общей сложности 7,9 миллиардов километров и успел передать 635 гигабайт данных.
Нашли ошибку? Пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter .
15 сентября 2017 года аппарат «Кассини» сгорел в атмосфере Сатурна. Это событие объединило любителей космоса по всей Земле. «Кассини» был не просто каким-то спутником. Он служил одним из главных символов космических исследований, да и науки в целом. Таким же символом, как телескоп «Хаббл» или Большой адронный коллайдер.
«Кассини» был запущен в далёком 1997 году. Просто представьте - это год выхода «Титаника», Quake 2 и первого Fallout. За время работы «Кассини» выросло целое поколение. Многие современные любители астрономии заинтересовались космосом именно благодаря «Кассини». Поэтому сегодня мы вспоминаем историю миссии и отдаём ей заслуженную дань уважения.
От концепта до стартовой площадки
В 1980–1981 годах пара совершила исторический пролёт мимо Сатурна. Они сделали первые детальные снимки планеты, её колец и спутников, провели анализ атмосферы и магнитного поля. Результаты поразили астрономов. Выяснилось, что кольца Сатурна состоят из сотен тоненьких колечек, образующих сложную систему. Титан, крупнейший спутник Сатурна, оказался закрыт непрозрачным в видимом спектре слоем углеводородной дымки. Спутник Япет выглядел так, словно конструктор Солнечной системы забыл его докрасить: одно его полушарие блестело ярко, как свежий снег, другое было чёрным, как копоть.
Сборка «Кассини»
«Вояджеры» физически не могли задержаться у планеты и подольше её поизучать. Чтобы разгадать загадки Сатурна и его лун, требовалась принципиально иная миссия. Аппарат, который мог бы выйти на орбиту вокруг планеты и исследовать её несколько лет.
В 1982 году учёные из NASA и ESA начали первые консультации о совместной долговременной миссии в систему Сатурна. Она должна была состоять из орбитального аппарата и спускаемого зонда, который сел бы на Титан и посмотрел, что происходит на его поверхности. Миссию назвали в честь Джованни Кассини - знаменитого астронома XVII века, открывшего четыре спутника Сатурна и промежуток в его кольцах.
Переговоры шли непросто. В то время отношения между NASA и ESA были осложнены отменой ряда совместных проектов. Но в 1988 году партнёры всё-таки договорились о распределении обязанностей. NASA должно было построить орбитальный аппарат «Кассини», ESA - спускаемый зонд для Титана «Гюйгенс». Его назвали в честь Христиана Гюйгенса, открывшего кольца Сатурна и собственно Титан.
Модель аппарата «Гюйгенс»
На этом проблемы «Кассини» не закончились. Суммарный бюджет проекта превысил три миллиарда долларов (80% средств выделило NASA), и американский конгресс не раз угрожал лишить проект финансирования. Даже в NASA не все поддерживали миссию. Но «Кассини» выжил - не в последнюю очередь благодаря усилиям лоббистов ESA. Дело дошло даже до писем вице-президенту США Альберту Гору с просьбой не закрывать программу. В итоге, хоть и со скрипом, миссия получила необходимое финансирование.
Последней угрозой для «Кассини» стали «зелёные». Незадолго до старта экоактивисты начали демонстрации на мысе Канаверал и подали иск в суд, требуя запретить запуск. Причина? 32 килограмма плутония-238 на борту станции. Дело в том, что окрестностей Сатурна достигает в 100 раз меньше солнечного света, чем Земли. Поэтому для получения энергии «Кассини» был оснащён радиоизотопным генератором.
Экоактивисты заявляли, что в случае аварии произойдёт радиоактивное заражение, и требовали «спасти Землю» от «Кассини». И сколько бы эксперты NASA ни объясняли, что даже при аварии плутоний останется в защищённом контейнере, это не могло переубедить «зелёных». К счастью, суд не принял во внимание экологические страшилки и не стал отменять запуск.
Старт ракеты «Центавр» с «Кассини» на борту
Семь лет в полёте
«Кассини» стартовал 15 октября 1997 года и направился к… Венере. Здесь нет никакой ошибки. Масса станции составляла почти шесть тонн, что делало её одним из крупнейших межпланетных аппаратов в истории: больше весили лишь советские «Фобосы». Мощности ракеты не хватало, чтобы отправить такую махину сразу к Сатурну. Поэтому инженеры воспользовались гравитацией. «Кассини» дважды пролетел Венеру, затем Землю и, наконец, Юпитер. Эти гравитационные манёвры позволили аппарату достичь необходимой скорости.
Пролетая мимо Юпитера, «Кассини» успел изучить этот газовый гигант. Он открыл несколько новых штормов в его атмосфере и сделал самые качественные на тот момент снимки планеты. Заодно инженеры проверили работоспособность инструментов станции.
«Портрет» Юпитера, составленный из нескольких фотографий «Кассини»
В начале лета 2004 года «Кассини» достиг окрестностей Сатурна. 11 июня аппарат пролетел Фебу, один из самых удалённых спутников планеты, который вращается почти в 13 миллионах километров от газового гиганта (это в 36 раз больше расстояния между Землёй и Луной). У «Кассини» был лишь один шанс навестить эту необычную луну, и его траектория была специально рассчитана для близкого пролёта.
1 июля «Кассини» выполнил крайне сложный манёвр, от исхода которого зависела судьба всей миссии. Он прошёл успешно. «Кассини» на 96 минут включил главный двигатель и сбросил скорость, чтобы гравитация планеты смогла подхватить его. Так он стал первым в истории искусственным спутником Сатурна.
Таким «Кассини» увидел Сатурн
Тринадцать лет у Сатурна
«Я видел вещи, в которые вы, люди, не поверите…» Если бы «Кассини» мог говорить, он бы обязательно процитировал «Бегущего по лезвию». Уже с самого начала работы аппарат стал совершать открытия, одно невероятнее другого. Для любителей статистики скажем, что за 13 лет пребывания у Сатурна станция сделала порядка 400 тысяч фотографий и переслала на Землю свыше 600 гигабайт информации. По их результатам уже написано около 4000 научных статей - и это число будет расти, потому что данные «Кассини» будут анализировать ещё долгие годы. Чтобы описать все достижения миссии, потребуется целое собрание сочинений. Мы лишь вкратце упомянем основные вехи.
Одной из приоритетных целей миссии был Титан. В январе 2005 года отделившийся от «Кассини» зонд «Гюйгенс» совершил историческую посадку на его поверхность. Снимки «Гюйгенса» продемонстрировали сложный рельеф с участками, напоминающими русла рек и береговую линию. На фотографиях с поверхности видны округлые камни со следами воздействия жидкости.
Титан с двух сторон на фото «Кассини»
В дальнейшем «Кассини» выполнил свыше сотни пролётов Титана. Аппарат сканировал радаром поверхность спутника, а съёмка в инфракрасном диапазоне позволила заглянуть под его дымку. Оказалось, что на Титане есть озера, реки, моря и даже идут дожди. Но не из воды, а из жидких углеводородов - смеси этана и метана. Температура на Титане такова, что эти вещества могут существовать сразу в трёх состояниях (жидкость, газ, твёрдое вещество) и выполняют ту же роль, которую на нашей планете играет вода. Это единственное тело Солнечной системы помимо Земли, где есть полноценный круговорот жидкости, а на поверхности существуют постоянные водоёмы. Точнее, углеводородоёмы.
Посадка «Гюйгенса» на Титан, концепт-арт
Запись атмосферного ветра на Титане, сделанная «Гюйгенсом» при посадке
В целом условия на Титане во многом напоминают раннюю Землю докислородной эры. Спутник оказался своеобразной машиной времени: он позволил изучить процессы, которые могли привести к появлению жизни на нашей планете. Некоторые учёные даже высказывают осторожные предположения, что, несмотря на низкие температуры, на Титане уже сейчас могут существовать простейшие формы жизни.
Плато Меркатора, снятое «Гюйгенсом»
Видео посадки на основе фотографий с аппарата
Но в системе Сатурна нашлась ещё более привлекательная для астробиологов цель - Энцелад. До миссии «Кассини» он считался просто одной из многочисленных ледяных лун Сатурна, не представляющих особого интереса. Но уже после первого визита «Кассини» к Энцеладу эти представления пришлось коренным образом пересмотреть.
Энцелад, планета гигантских гейзеров
Оказалось, что, несмотря на относительно небольшие размеры (диаметр спутника - 520 километров, почти в шесть раз меньше, чем у Луны), Энцелад - одно из самых геологически активных тел Солнечной системы. Его южный полюс густо усеян гейзерами, которые постоянно выбрасывают в космос воду. Эта вода формирует вокруг Сатурна отдельное кольцо. Обнаружение гейзеров Энцелада стало научной сенсацией. Программу «Кассини» срочно изменили, и в последующие годы аппарат не раз наведывался в гости к спутнику. Несколько раз «Кассини» пролетал прямо через его выбросы, анализируя их химический состав.
Гейзеры Энцелада
Собранные «Кассини» данные показали, что под ледяной поверхностью Энцелада находится глобальный океан жидкой воды. Его глубина оценивается в 10 километров, толщина льда над ним составляет от 2 до 30 километров. Химический анализ выброшенной воды выявил в ней соли, органические соединения и вещества, указывающие, что в океане Энцелада идут активные гидротермальные процессы. Сейчас этот спутник считается наиболее пригодным местом для жизни в Солнечной системе за пределами Земли.
«Кассини» сумел раскрыть и загадку «недокрашенного» Япета. Оказалось, что различия в окраске спутника обусловлены пылью: удары метеоритов выбивают её с удалённых лун Сатурна, и она оседает на ведущем полушарии Япета (это то полушарие, которым он движется «вперёд» по орбите). Покрытые пылью участки нагреваются сильнее, чем соседние регионы. Как следствие, лёд с них испаряется и конденсируется там, где температура поверхности ниже: на ведомой стороне и в околополярных областях. Формируется положительная обратная связь: тёмные участки становятся ещё более тёмными, и наоборот.
Также «Кассини» открыл другую уникальную особенность Япета - кольцевой горный хребет «стена Япета», который тянется вдоль его экватора. Необычное образование имеет высоту до 13 километров, ширину до 20 километров и общую протяжённость около 1300 километров. По одной из теорий, некогда у Япета было кольцо, и его частицы, упав на поверхность, сформировали стену.
Чёрно-белый Япет на снимках «Кассини»
Но, конечно, «Кассини» изучал не только спутники Сатурна, но и саму планету. За годы миссии аппарат запечатлел несколько смен времён года. Особенно ярко они проявились в гексагоне - так называют расположенный на северном полюсе планеты удивительный вихрь шестиугольной формы. Ширина этого образования - 25 тысяч километров, примерно два диаметра Земли. «Кассини» зафиксировал, как с приходом лета в северное полушарие Сатурна гексагон сменил окраску с тёмно-синей на золотистую. Интенсивность ультрафиолетового излучения увеличилась, это запустило фотохимические реакции, и на северном полюсе начали синтезироваться соединения (толины), которые и изменили цвет шторма.
Шестиугольный вихрь Сатурна в 2016 году
«Кассини» много раз фотографировал систему колец Сатурна. Снимки продемонстрировали их необыкновенную сложность и изменчивость. Многочисленные спутники Сатурна воздействуют своей гравитацией на кольца планеты, из-за чего в них формируются завихрения, волны, изломы, петли и другие структуры. Орбиты некоторых малых лун проходят прямо внутри колец. Их гравитация разгоняет частички колец, из-за чего в тех формируются разрывы. Другие спутники играют роль «пастухов». Например, орбиты Прометея и Пандоры проходят внутри и снаружи кольца F. Гравитация пары спутников удерживает частицы колец на одной орбите, не давая им разлетаться в разные стороны.
Самое высококачественное фото колец Сатурна
Нельзя забывать и про такую цель «Кассини», как популяризация космических исследований. Это оказалось несложно. Сатурн - пожалуй, самая красивая планета Солнечной системы, и его снимки наверняка вдохновили многих людей связать свою жизнь с космосом.
Одно из самых знаменитых изображений «Кассини» было сделано 19 июля 2013 года. В тот день аппарат выполнял панорамную съёмку планеты и её окрестностей. В момент съёмки Солнце находилось ровно за Сатурном, эффектно подсвечивая его кольца. На одном из снимков оказалась запечатлена и наша планета. С расстояния 1,5 миллиарда километров она выглядит как бледная голубая точка.
«День, когда Земля улыбнулась»: знаменитое фото подверглось сильной цветокоррекции, чтобы планеты были виднее. Земля - это едва заметная точка справа внизу под кольцами
Последнее приключение «Кассини»
«Кассини» часто называют идеальной космической миссией. Аппарат проработал намного дольше номинального четырёхлетнего срока и выполнил все задачи без серьёзных происшествий. Но, увы, у любой техники есть фактор, ограничивающий время её работы. В случае с «Кассини» им стали запасы топлива, необходимого для коррекций курса. Без него управление аппаратом стало бы невозможно. Неуправляемая станция могла врезаться в одну из лун Сатурна и занести туда земные микробы. Чтобы исключить такой сценарий, в NASA решили сжечь «Кассини» в атмосфере планеты.
Но перед этим аппарату предстояло пережить финальное приключение - 20 витков у внешнего края колец Сатурна, а затем ещё 22 витка между атмосферой планеты и внутренним краем её колец. Ещё ни один аппарат не нырял в этот промежуток. Манёвр считался весьма опасным, но поскольку миссия и так была близка к завершению, в NASA решили пойти на риск.
Финальный полёт «Кассини» в представлении художника
Как и прежде, «Кассини» с блеском выполнил все поставленные задачи. Он собрал данные, которые должны разрешить главную загадку Сатурна - возраст и происхождение его колец. По одной из версий, они сформировались вместе с планетой. По другой, кольца намного моложе и появились в результате недавнего (по космическим меркам) разрушения одного из спутников Сатурна. Данные «Кассини» будут анализировать ещё не один месяц, но предварительные результаты пока что говорят в пользу второй версии.
«Кассини» предстояло выполнить ещё одну, последнюю задачу. Во время входа в атмосферу аппарат использовал двигатели малой тяги, чтобы как можно дольше удерживать свою антенну направленной на Землю. Уже распадаясь на части, «Кассини» всё равно продолжал передавать данные о составе газовой оболочки и магнитном поле Сатурна. Даже здесь аппарат сумел перевыполнить план, продержавшись в таких экстремальных условиях на 30 секунд дольше, чем предсказывали симуляции. В 11 часов 55 минут 46 секунд по всемирному времени комплекс дальней космической связи NASA в Канберре принял последний сигнал от «Кассини». Сам аппарат к тому времени уже распался на обломки и превратился в пылающий метеор.
С «Кассини» в NASA прощались без траура. Всё-таки это не катастрофа, а финал удачной миссии (NASA/Joel Kowsky)
Финал миссии вызвал противоречивые эмоции: гордость, восхищение, грусть и пустоту. «Кассини» проработал так долго, что уже сложно вспомнить времена, когда его не было. Можно представить, что испытывали участники миссии, работавшие над проектом ещё с 1980-х, глядя на то, как пропадает сигнал аппарата.
Становится ещё грустнее, когда понимаешь, что следующую подобную экспедицию к дальним планетам Солнечной системы придётся ждать не меньше десятилетия. К сожалению, космические исследования - неспешное дело, и пока что на горизонте нет миссии, сопоставимой с «Кассини» по амбициозности. Можно лишь утешаться тем, что на основе собранных станцией данных будет сделано немало новых открытий.
Наследие «Кассини» будет жить ещё очень долго. Фотографии Сатурна и его спутников, которые он сделал, навсегда останутся с нами. Благодаря «Кассини» мы смогли увидеть во всей красе эти космические тела, которые раньше были для нас лишь точками на небе.
