Сатурн - Властелин Колец
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Сатурн
 Исследователи
АМС "Voyager"
Страница: Аппарат АМС "Вояджер-1", АМС "Вояджер-2" и Пионер-11, Вояджеры летят к Сатурну (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4);
Сатурн: Властелин Колец

Космические исследователи

Космический аппарат "Voyager-2"

    В августе 1981 года сквозь систему Сатурна пролетела АМС "Вояджер-2" и провела исследования околопланетного пространства, атмосферы планеты, колец Сатурна и некоторых его спутников. Максимальное сближение с планетой произошло 26 августа. Станция пересекла плоскость колец в тот период, когда она находилась в зоне, невидимой с Земли, и связи с ней не было. Когда же связь возобновилась (примерно через 2 ч после максимального сближения с Сатурном), выяснилось, что заклинило поворотную платформу, на которой установлены телевизионные камеры, инфракрасный прибор IRIS, ультрафиолетовый спектрометр и фотополяриметр. В результате некоторые из запланированных наблюдений и измерений провести не удалось. Через несколько суток эту неисправность удалось устранить, но позже платформу снова заклинило. Во время пролета "Вояджера-2" магнитосфера Сатурна оказалась поджата солнечным ветром, и головная ударная волна располагалась на расстоянии всего 18,6 радиусов Сатурна от планеты. Таким образом, Титан, орбита которого пролегает на расстоянии около 20 радиусов Сатурна, оказался за пределами магнитосферы (годом раньше Титан был внутри магнитосферы).

Объект
Время прохода АМС "Вояджер-2" на минимальном расстоянии от небесного тела
Минимальное расстояние АМС от небесного тела при пролёте (тыс. км)
Япет
23 августа 1:27
909
Гиперион
25 августа 1:25
471
Титан
25 августа 9:37
666
Диона
26 августа 1:05
502
Мимас
26 августа 2:34
310
Сатурн
26 августа 3:24
101
Энцелад
26 августа 3:45
87
Тефия
26 августа 6:12
93
Рея
26 августа 6:29
645
Феба
5 сентября 1:23
1473

    Как и две другие станции, "Вояджер-2" зарегистрировал обширное тороидальное облако нейтрального водорода, простирающееся примерно от орбиты Титана до орбиты Реи. Еще одно тороидальное облако, содержащее заряженную плазму, располагается внутри орбиты Реи, простираясь от 250000 до 480000 км от Сатурна. Оба облака находятся в плоскости экватора планеты. Согласно заявлениям американских ученых, более высокие характеристики видиконов телевизионных камер "Вояджера-2" по сравнению с видиконами камер "Вояджера-1" позволили получить более полную информацию об атмосфере Сатурна. За девять месяцев, разделяющих пролеты этих двух станций, атмосферные образования претерпели существенные изменения. Возросла их контрастность, облачные образования появились там, где их не было. На некоторых изображениях, полученных "Вояджером-2", светлые и темные полосы простираются вплоть до лимба северного полушария Сатурна. Это означает, что дымка над облачным покровом, зарегистрированная "Вояджером-1", в значительной мере рассеялась. Видимо, этот эффект был связан с наступлением весны в северном полушарии, когда увеличение освещенности привело к усилению фотохимической активности.
    Многие пятна и вихревые образования в атмосфере Сатурна в период пролета "Вояджера-2" имели большую активность, чем в период пролета "Вояджера-1". "Вояджер-1" не обнаружил ни одного направленного на восток (против вращения планеты) струйного атмосферного течения севернее 45° с. ш. и только одно южнее этой широты. "Вояджер-2" обнаружил три таких течения: на 39°с. ш., 58° с. ш. и 68° с. ш. Было установлено, что быстрые струйные течения в северном полушарии простираются, по крайней мере, до 80-й широты. С помощью инфракрасного прибора IRIS было обнаружено, что на глубине примерно 40 км ниже верхней границы облаков температура колеблется от -193° (80К) до -181°С (92К). Эти изменения температуры и атмосферные ветры никак не связаны с наличием в атмосфере полос. Однако распределение температур коррелирует с распределением ветров, о котором можно судить по телевизионным снимкам. Например, на 47° с. ш., где зарегистрирован сильный западный ветер, обнаружено резкое падение температуры воздуха.
    Также "Вояджер-2" получил лучшие по качеству телевизионные снимки колец Сатурна, чем "Вояджер-1". Причин этого несколько. Во-первых, на "Вояджере-2" телевизионные камеры имели видиконы с лучшими характеристиками. Во-вторых, сами кольца были более яркими: "Вояджер-1" совершил пролет вскоре после равноденствия, когда кольца были обращены к Солнцу практически ребром (под углом 1°), а во время пролета "Вояджера-2" этот угол достиг 7°. В-третьих, "Вояджер-2" приближался к планете под более крутым углом. В свое время "Вояджер-1" обнаружил от 500 до 1000 дискретных тонких колец, на которые разбивались уже известные кольца Сатурна. Даже в делении Кассини было замечено несколько десятков таких колец. Наблюдения "Вояджера-2" показали еще более удивительную картину. Когда станция с помощью фотополяриметра регистрировала сквозь кольца свет звезды дельта Скорпиона, оказалось, что даже при разрешении 100 м узкие кольца, обнаруженные "Вояджером-1", разделяются на еще более узкие дискретные колечки. Возможно, общее их число составляет несколько сотен тысяч. Наблюдения затмения кольцами звезды дельта Скорпиона позволили получить разрез колец длиной ~ 70 000 км от внутренней части кольца С до области вблизи кольца F. Наблюдения продолжались 2 ч, замеры яркости звезды производились 100 раз в секунду, всего было получено ~ 700 000 замеров с разрешением ~ 100 м. Каждое зарегистрированное уменьшение яркости звезды могло означать отдельное узкое колечко. В делении Энке было зарегистрировано 10 уменьшений, в окрестностях кольца F свыше 10. Появление звезды из-за кольца А было таким внезапным, что фотополяриметр, наблюдавший край кольца под острым углом, едва успел зарегистрировать почти мгновенный скачок сигнала. На основании этого был сделан вывод, что толщина края кольца А не превышает 150 м, а, вероятнее всего, составляет около 100 м. Сложное строение системы колец все еще ждет своего объяснения.
    Также "Вояджер-2" наблюдал кольцо F как с помощью телевизионных камер (причем с лучшим разрешением, чем при пролете "Вояджера-1"), так и с помощью фотополяриметра. Ни на одном из трех наблюдавшихся отрезков этого кольца жгутов (переплетений прядей) зарегистрировано не было. Видимо, жгуты представляют собой сравнительно редкое явление. Среди явлений, обнаруженных "Вояджером-2" в кольцах Сатурна, отмечаются: наличие структурности кольца D, извилистое узкое кольцо в делении Энке, общий голубоватый оттенок кольца С и красноватый кольца В. Пока неясно, является ли различие в цвете следствием различия в составе вещества, образующего кольца.
    Помимо самого Сатурна и его колец "Вояджер-2" исследовал его спутники, как новые, так и уже известные. Ко времени пролета "Вояджера-2" около Сатурна было известно 17 спутников планеты. "Вояджер-2" обнаружил и несколько новых спутников Сатурна. Всего с помощью снимков, полученных обоими "Вояджерами", были открыты: Эпиметей, Елена, Телесто, Каллипсо, Атлас, Прометей, Пандора и Пан. Новые снимки Энцелада показали несколько типов рельефа на этом спутнике, причем все эти типы достаточно молодые. Самый старый, судя по числу кратеров, не древнее самых молодых областей на других спутниках Сатурна, таких, как, например, Диона. В некоторых областях Энцелада кратеры вообще отсутствуют, по крайней мере, кратеры, размеры которых больше порога разрешения телевизионных камер "Вояджера-2". Специалисты НАСА пришли к выводу, что возраст этих областей менее 100 млн. лет. Разломы, каньоны и другие линейные образования длиной в нескольких сотен км также являются свидетельством деформации коры и внутреннего нагрева Энцелада.
    Снимки Тефии выявили огромный кратер поперечником около 400 км - самый большой из обнаруженных до сих пор кратеров в системе Сатурна. Глубина кратера 15 км, центральная горка поднялась выше бровки. Этот кратер на Тефии очень древний, возможно, даже древнее борозды длиной 750 км на противоположной стороне этого спутника. Ширина борозды достигает 200 км. Относительная длина этой борозды (отношение длины борозды к поперечнику тела) может оказаться наибольшей в системе. Она занимает 5-10% поверхности Тефии.
    Снимки Титана, полученные "Вояджером-2", хотя и были сделаны со значительно большего расстояния, чем снимки "Вояджера-1", позволили выявить в атмосфере Титана изменения со времени пролета "Вояджера-1". Темная шапка в северной полярной области спутника стала выглядеть не как шапка, а как полоса, окружающая полюс. При пролете "Вояджера-2" удалось исследовать Титан с помощью фотополяриметра (аналогичный прибор на "Вояджере-1" вышел из строя еще до сближения станции с Сатурном). Фотополяриметр зарегистрировал поляризацию в ультрафиолетовой и инфракрасной областях спектра и позволил установить, что в атмосфере Титана есть вызывающие поляризацию частицы размером 0,05 и 0,1-0,15 мкм.

Космические аппараты исследователи АМС Вояджер - 1,2 и Пионер - 11: исследование Сатурна
Снимок Сатурна "Пионер-11", 31 августа 1979 года
Снимок Титана "Пионер-11" 03/09/1979, 3,6 млн. км
Сатурн 'глазами' космического аппарата Пионер-11
Титан 'глазами' космического аппарата Пионер-11
Снимок Сатурна "Пионер-11", 31 августа 1979 года
Снимок Титана "Пионер-11" 03/09/1979, 3,6 млн. км
Космические аппараты исследователи АМС Вояджер - 1,2 и Пионер - 11: исследование Сатурна

    Снимки Гипериона, полученные "Вояджером-2", показали, что этот спутник имеет неправильную форму: большая ось около 400 км, малая около 200 км. Большая ось спутника отклонена на 45° от плоскости орбиты и не направлена на Сатурн, хотя приливные силы должны были бы обеспечить такую ориентацию. На поверхности спутника, имеется слой водяного льда. На снимках видны многочисленные кратеры. Массу Гипериона определить не удалось.
    Снимки Япета, полученные "Вояджером-2", подтвердили, что "ведомое" (направленное против движения по орбите) полушарие Япета во много раз светлее "ведущего". Альбедо ведомого полушария составляет 50%, альбедо ведущего 4-5%. По кратерированности светлое полушарие сравнимо с Дионой и Реей. Обнаружено, что дно кратеров на этом полушарии покрыто темным веществом. Удовлетворительного объяснения темному цвету ведущего полушария и дна кратеров ведомого полушария пока нет. Отмечается, что темный материал значительно темнее кремниевых минералов (например, базальта) и имеет слегка красноватый оттенок. Точные измерения изменения траектории "Вояджера-2" позволили определить плотность Япета. Она составляет всего 1,1 г/куб.см.
    Снимки Фебы, полученные "Вояджером-2", показали, что Феба имеет правильную форму, диаметр около 200 км и, по крайней мере, одно светлое образование на поверхности. Наблюдение за этим образованием позволило определить период вращения Фебы вокруг своей оси: 9-10 ч. Удалось получить почти 300 снимков Фебы. Однако разрешение при съемке Фебы было низким, и определить кратерированность поверхности этого спутника Сатурна не удалось. Под действием притяжения Сатурна "Вояджер-2" совершил гравитационный маневр (разворот почти на 90°) и перешел на траекторию полета к Урану.


Пионер-11: первый аппарат в системе Сатурна

    Первым космическим аппаратом с Земли, достигнувшим Сатурна, была американская автоматическая межпланетная станция "Пионер-11", запущенная 6 апреля 1973 года. В декабре 1974 года она пролетела мимо Юпитера, совершила гравитационный маневр в его поле тяготения и легла на курс движения к Сатурну. Интересно, что траектория ее полета от Юпитера к Сатурну была наклонена на 15,6° к плоскости эклиптики (это было самое большое наклонение в то время). Станция вновь пересекла эклиптику лишь во время пролета Сатурна. Интересно и то, что после пролета Юпитера станция сначала приближалась к Солнцу, затем начала удаляться и вторично пересекла орбиту Юпитера 10 июня 1977 года. Первоначально планировалось, что станция пролетит 1-3 сентября 1979 года между внутренним кольцом D Сатурна и планетой на расстоянии всего несколько тысяч километров от облачного слоя, а затем пройдет в 10-20 тыс. км от поверхности Титана. 20 ноября 1975 г. "Пионер-11" начал поляриметрические исследования Сатурна с помощью фотополяриметра. Расстояние до Сатурна в это время составляло более чем 1300 млн. км. 18 декабря 1975 г. была проведена первая коррекция траектории, необходимая для успешного пролета мимо Сатурна, 25-26 мая 1976 года была сделана вторая коррекция. Сатурн во время этих операций находился соответственно в 460 и 525 млн. км от станции.
    В 1976 году на "Пионере-11" функционировали все научные приборы за исключением анализатора плазмы и комплекта оптических телескопов "Сизиф", служащего для наблюдения метеорных тел и астероидов. В 1977 году была, наконец, выбрана траектория пролета Сатурна. Вариантов было два: внутренняя и внешняя. Внутренняя траектория (между кольцами и планетой) предусматривала пересечение плоскости колец на расстоянии от центра Сатурна, равном 1,15 радиуса планеты, и минимальное расстояние при пролете 1,06 радиусов Сатурна; внешняя траектория (с внешней стороны колец) - соответственно, 2,8 и 1,28 радиусов Сатурна. Внутренняя траектория позволила бы получить больше научной информации, однако вероятность столкновения с частицами колец, способными вывести станцию из строя, была на четыре порядка выше, чем при полете по внешней траектории. Наблюдения с Земли в это время показывали, что область наибольшей плотности вещества колец простирается до 2,2 радиусов Сатурна, однако слабо видимое вещество было зарегистрировано вплоть до расстояния 3,5 радиусов Сатурна. В итоге была выбрана внешняя траектория. При выборе в основном руководствовались стремлением разведать ту часть плоскости колец, через которую впоследствии предстояло пройти АМС "Вояджер-2", если бы его решили направить к Урану. В сравнении с Пионером-11 "Вояджер-2" был очень дорогостоящей станцией, и ученые хотели по возможности избежать риска. Инженеры подчеркивали, что даже при пролете по внешней траектории "Пионер-11" пройдет ближе к Сатурну, чем обе АМС "Вояджер", что позволит получить уникальную научную информацию. В мае 1978 г. на "Пионере" удалось починить анализатор плазмы, который вышел из строя еще в декабре 1974 г. при пролете мимо Юпитера. 8 августа 1978 г. была успешно проведена коррекция траектории "Пионера-11", необходимая для пролета Сатурна по внешней траектории. 1 сентября 1979 г. станция совершила успешный пролет мимо Сатурна.
    Основные результаты пролета: приборы на "Пионере-11" показали, что Сатурн имеет магнитное поле, магнитосферу и радиационные пояса. Фронт ударной волны магнитосферы станция первый раз пересекла на расстоянии 24,5 радиусов Сатурна. Позже солнечный ветер прижал магнитосферу ближе к планете, и станция вторично пересекла фронт ударной волны. Во время удаления от планеты по этой же причине станция трижды пересекала фронт ударной волны (последний раз на расстоянии ~ 100 радиусов Сатурна от планеты). Напряженность магнитного поля Сатурна на уровне верхней границы облачного покрова оказалась равной 0,2 Гаусс. Магнитное поле Сатурна представляет собой простой диполь, подобно магнитным полям Меркурия, Земли, Марса и Юпитера, но, в отличие от перечисленных планет, ось магнитного диполя Сатурна практически совпадает с осью вращения планеты с точностью до 0,1°, а центр диполя смещен менее чем на 0,04 радиусов Сатурна к северу от геометрического центра планеты. Магнитное поле Сатурна вращается вместе с планетой. Поскольку Сатурн вращается быстрее, чем движутся по орбите его спутники, перед спутниками, находящимися в пределах магнитосферы планеты, должен быть магнитный "шлейф". Таковой был обнаружен у Титана. Интенсивность излучения в радиационных поясах Сатурна оказалась в 50-1000 раз ниже, чем в радиационных поясах Юпитера, и была сравнима с интенсивностью излучения в радиационных поясах Земли, хотя последние занимают в 10 раз меньшую область. Как и предсказывали некоторые ученые, в пределах системы колец Сатурна заряженные частицы оказались полностью выметены. Это явление получило название "гильотинный эффект". Объясняют его тем, что высокоэнергетические частицы, колеблющиеся от одного полюса планеты к другому, встречают на своем пути вещество колец и поглощаются этим веществом.
    Станция "Пионер-11" зарегистрировала наблюдаемые с Земли кольца Сатурна А, В и С, но не обнаружила ожидаемые некоторыми учеными кольца D и Е. Станция открыла два новых кольца, получивших обозначения F и G. Кольцо F лежит на расстоянии около 80 тыс. км от Сатурна и имеет ширину менее 500 км при толщине всего 3 км. От кольца А оно отделено щелью шириной ~3000 км, которую назвали "деление Пионера". Кольцо G находится на значительно большем удалении от Сатурна: внешний край кольца лежит на расстоянии 965 тыс.км от планеты. Также "Пионер-11" зарегистрировал наблюдаемое с Земли деление Кассини между кольцами А и В и подтвердил существование предсказанного французскими учеными деления между кольцами В и С. Это деление получило временное название "французское деление". По полосам отраженного света определено, что количество вещества в делении Кассини примерно равно количеству вещества в кольце С. Согласно предварительным данным, частицы в кольцах состоят в основном изо льда, а не из тяжелых материалов, таких, как, например, железо. С помощью инфракрасного радиометра была определена температура освещенной Солнцем стороны колец: 70-75 К. Выяснилось, что кольца Сатурна не представляют угрозы для космических аппаратов (до этого пролета вероятность того, что станция пройдет неповрежденной через плоскость колец, оценивали всего в 50%). Детекторы метеорных частиц при пролете около планеты зарегистрировали всего 5 столкновений с мелкими частицами вне плоскости колец. Толщина колец оказалась равной 1,5 км, средний размер частиц в кольцах около 50 м. Было зарегистрировано шесть эпизодов поглощения заряженных частиц, что, по мнению ученых, может свидетельствовать о существовании шести неизвестных спутников планеты. Спутник Янус, о наблюдениях которого сообщал Дольфюс в 1966 г., приборами станции обнаружен не был.
    "Пионер-11" получил 15-20 снимков Сатурна с лучшим разрешением, чем могли обеспечить самые совершенные наземные телескопы. Снимки показали, что верхняя часть облачного покрова Сатурна более спокойна, чем у Юпитера, и имеет меньше четко выраженных деталей. Число поясов и зон в атмосфере Сатурна оказалось больше, чем в атмосфере Юпитера, и они более узкие. Удалось получить фотометрические и поляриметрические данные о планете в широком диапазоне фазовых углов, которые недоступны для наземных наблюдателей. Температура экваториальной зоны Сатурна оказалась ниже, чем температура прилегающих к ней районов, по-видимому, из-за того, что в экваториальной зоне облака расположены выше. Эти данные позволили предположить перепады температур и высот между зонами и поясами. Характеристики гравитационного поля Сатурна, определенные по возмущениям траектории станции, показали, что полярное сжатие планеты составляет около 10%. Ультрафиолетовый фотометр на АМС "Пионер-11" обнаружил во всей системе Сатурна слабое свечение атомов водорода. При пересечении станцией плоскости колец оно усиливалось, что указывает на связь водородного облака с кольцами. Усиление свечения наблюдалось также в высоких широтах обоих полушарий планеты по сравнению с экваториальным районом. Это может указывать на авроральную активность или на свечение лимба. 2 сентября 1979 года "Пионер-11" сблизился с Титаном на минимальное расстояние 356 тысячи километров.
    Ультрафиолетовый фотометр станции обнаружил вокруг Титана водородное облако. На основании этого был сделан вывод о том, что, возможно, метановая атмосфера спутника медленно разлагается на водород и более сложные углеводородные соединения, причем водород ускользает в космос, а аэрозоли на основе углерода выпадают на поверхность Титана. По измерениям температура верхней части облачного покрова Титана составила 75 К. Под действием силы тяготения Сатурна АМС "Пионер-11" изменила направление полета и стала почти по прямой удаляться от Солнца. Официально работа со станцией была завершена 30 сентября 1995 года из-за ухода Земли из зоны приема радиосигнала со станции в связи с невозможностью развернуть "Пионер-11" для связи с Землей. Последний сигнал был 24 ноября 1995 года.

мытье окон спб в офисе, квартире, доме
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru