11 августа 2008 в 21:06:19 UTC (по бортовому времени) американская межпланетная станция Cassini совершила пятый пролет спутника Сатурна Энцелада на скорости 17.7 км/с и на минимальной высоте 54 км над точкой с координатами 28°ю.ш., 98°з.д.
    Это был первый из семи запланированных близких пролетов Энцелада в продленной миссии Cassini. Его геометрия сходна с предыдущим пролетом спутника, который КА осуществил 12 марта 2008 г. Однако если тогда основной целью было пройти через шлейф вещества, идущего из южнополярной области, и провести его детальное исследование, то сейчас главной задачей являлось получение снимков южного полюса с высоким разрешением.

Гейзеры в районе одного из полусов на Энцеладе.

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Но прежде чем рассказать об этом августовском пролете, напомним, какую информацию удалось собрать об Энцеладе за четырехлетний период основной миссии Cassini.

МИССИЯ КАССИНИ ПРОДЛЕНА

30 июня 2008 г. официально завершилась основная четырехлетняя миссия американской межпланетной станции Cassini в системе Сатурна, но еще 15 апреля NASA объявило о продлении ее работы еще на два года. К такому решению специалисты агентства пришли после оценки состояния бортовых систем, научной аппаратуры и запасов топлива. Оно оказалось хорошим и позволяло аппарату продолжить свою эпохальную миссию, уже принесшую немало научных сенсаций.     За время нахождения в системе Сатурна (с 1 июля 2004 г.) станция проделала огромную работу. Детально были исследованы ледяные сатурнианские спутники в ходе близких и дальних пролетов, получены данные об их атмосфере (Титан и Энцелад), а также уникальные снимки поверхностей (главным образом -маленьких, ранее не исследованных лун).     Аппарат провел уникальные наблюдения колец Сатурна под разными углами, что позволило определить их элементный состав и даже сделать вывод, что они имеют собственную атмосферу. Были получены новые данные о динамике атмосферы Сатурна, в которой бушуют мощные штормы. А по исследованию магнитного поля и магнитосферного «хвоста» планеты удалось получить уточненные данные о ее периоде вращения, который оказался больше, чем считалось.     Безусловным успехом миссии Cassini стала мягкая посадка европейского зонда Huygens на Титан 14 января 2005 г. В ходе спуска в атмосфере на парашюте приборам зонда удалось добыть важные данные об атмосфере Титана, а после посадки были получены первые панорамы ландшафта Титана и проведено зондирование грунта. Cassini принимал сигналы с «Гюйгенса» 2 часа 27 мин на спуске и 1 час 12 мин с поверхности, затем они пересылались на Землю. Наземный радиотелескоп в Австралии принимал сигналы с зонда еще 2 часа 02 мин

МИССИЯ КАССИНИ ПРОДЛЕНА

    Первые два целевых пролета Энцелада Cassini совершил 17 февраля и 9 марта 2005 г. на высотах 1172 и 497 км соответственно. Приборам станции удалось получить четкие снимки поверхности спутника и выявить на ней равнины, «морщины» и практически полное отсутствие кратеров. Это указывало на геологическую активность Энцелада в настоящем или недалеком прошлом. Cassini также зарегистрировал у этой луны Сатурна уходящую и постоянно пополняемую довольно протяженную атмосферу. Она состоит на 65% из водяного пара и на 20% из молекулярного водорода; присутствуют также азот, моно- и двуокись азота. Кроме того, было обнаружено, что поверхность Энцелада состоит из почти чистого водяного льда, что также стало довольно интригующим фактом.
    Третий пролет Cassini у Энцелада состоялся 14 июля 2005 г. на высоте всего 168 км. В ходе его анализатор космической пыли CDA и масс-спектрометр INMS сделали потрясающее открытие: они зарегистрировали выбросы вещества, идущие из южной полярной области. Как позже выяснилось, это частицы льда и водяного пара с присутствием... органических соединений!
    Стало ясно, что Энцелад - не мертвый, а геологически активный спутник, и наличие льда на его поверхности является результатом криовулканизма. И вполне вероятно, что в его недрах, где температура несколько выше, могут залегать резервуары с водой, в которой, так же как и в выбросах вещества, может содержаться органика.

Расчетная траектория пролета 12 марта 2008 г. Минимальное расстояние до Энцелада при прохождении «шлейфа» составило примерно 200 км, а сам пролет состоялся на высоте около 50 км.

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Ученые собрали воедино все имеющиеся данные и провели компьютерное моделирование, результаты которого дали весьма неожиданные результаты. Было установлено, что выбросы материала из Энцелада являются «поставщиком» вещества для внешнего кольца Е Сатурна.
    Но откуда конкретно они идут? По данным камеры ISS и композиционного ИК-спектрометра CIRS члены научной команды Cassini пришли к выводу, что наибольшая концентрация аномального «тепла» идет из системы параллельных тектонических разломов на южном полюсе Энцелада, из района, получившего условное наименование «тигровая шкура». С помощью камеры ISS были получены очень четкие снимки рытвин Дамаск, Багдад, Каир и Александрия, которые идут в 40 км друг от друга и тянутся примерно на 130 км. По снимкам в ИК-диапазоне удалось установить, что в области «тигровой шкуры» температура достигает 130-145 К (от -143 до -128°С), в то время как на южном полюсе Энцелада она не превышает 85 К (-188°С). Количество возникающих у ученых вопросов стало превышать количество ответов, которые они получали с помощью бортовой аппаратуры станции Cassini...
    12 марта 2008 г. Cassini совершил четвертый пролет Энцелада на минимальной высоте 52 км* над экваториальной областью. Главной задачей этого сближения являлось исследование выбросов вещества из области южного полюса Энцелада. Ученым не терпелось провести прямые измерения состава выбросов при непосредственном прохождении сквозь шлейф.
    Кстати, пятью месяцами ранее, 24 октября 2007 г., Cassini с помощью спектрометра UVIS смог пронаблюдать сквозь шлейф звезду ζ Ориона. Это позволило получить новые данные о структуре, плотности и элементном составе вещества южнополярных выбросов. В частности, в их общей структуре были четко выявлены четыре «фонтана» водяного пара с большой плотностью, которая вдвое превышала среднюю плотность вещества в шлейфе. И это рождало еще больше интригующих версий и гипотез.

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

* Это самое близкое расстояние, на котором был совершен пролет небесного тела в Солнечной системе за всю историю исследований космическими аппаратами. До этого «рекорд» был за американским орбитальным аппаратом Viking 1, который остался на орбите Марса после отделения одноименного лэндэра: в феврале 1977 г. в ходе одного из пролетов он сблизился с Фобосом на расстояние около 80 км. Ученые получили в свое распоряжение более 125 фотоснимков с разрешением до 30 м, охватывающих около 80% освещенной полусферы спутника Марса.

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    При мартовском пролете в момент максимального сближения Энцелад «наблюдали» спектрометр INMS и анализатор космической пыли CDA. К сожалению, не обошлось без неприятностей: на подлете CDA работал в штатном режиме, а при прохождении аппаратом непосредственно над Энцеладом у него произошел непонятный сбой в программном обеспечении, и ценное время было упущено. В прибор тут же загрузили новое ПО, которое позволяло регистрировать удары нескольких сот микрочастиц в секунду. Благодаря этому удалось получить дополнительные данные на фазе отлета. Другие научные инструменты на борту Cassini также исследовали окружающую среду Энцелада, дополняя данные с INMS и CDA.

Спектр энцеладовских гейзеров, сделанный 12 марта 2008 г. на основе показаний спектрометра INMS. Как можно заметить, в веществе выбросов представлены сложные органические соединения.

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Совершенно неожиданным для ученых стало то, что выбрасываемое вещество из Энцелада по составу очень напоминает кометное. «Наличие «первичного» материала в выбросах из этого спутника Сатурна рождает много вопросов относительно образования и эволюции Солнечной системы. Ведь Энцелад - это не комета. Кометы имеют протяженные «хвосты» и обращаются вокруг Солнца, «питаясь» энергией Солнца. Энцелад же подогревается благодаря теплу, идущему из его недр», - говорит Хантер Уэйт (Hunter Waite), научный руководитель группы по прибору INMS.
    Теперь о наблюдениях собственно южного полюса Энцелада и источников гейзеров. При близком пролете 12 марта 2008 г. практически сразу после прохождения на минимальной высоте Cassini оказался в тени Сатурна, что позволило провести точные тепловые измерения исследуемого района. На основе новых данных, полученных с помощью композиционного ИК-спектрометра CIRS, была составлена тепловая карта южнополярной области Энцелада.
    CIRS обнаружил, что из четырех пресловутых «тигровых полос» по крайней мере три являются «теплыми» по всей своей длине, однако основные источники «тепла» сконцентрированы в определенных зонах длиной до нескольких сот метров. Также рядом с разломами были обнаружены отдельные «тепловые пятна».
    Cassini получил уточненные данные по температуре «тигровой шкуры» и окружающих ее областей. Максимальное значение 180 К (-53°С) было зарегистрировано в области разлома Дамаск, а в «холодных» районах вблизи южного полюса оно не превышает 72 К (-201°С).
    «Эти новые данные помогут нам выяснить, что является источником гейзеров на Энцеладе. Необычно высокие температуры [в «тигровой» шкуре] могут быть свидетельством того, что неглубоко под поверхностью существует жидкая вода», - говорит Джон Спенсер (John Spencer), член научной группы по спектрометру CIRS из Юго-Западного исследовательского института в Боулдере.
    Геометрия пролета 12 марта 2008 г. также позволяла провести детальные наблюдения северной полярной области Энцелада и впервые получить снимки северного полюса с высоким разрешением. Ранее эту область снимал лишь Voyager 2, который прошел на расстоянии около 87000 км от спутника 26 августа 1981 г. Конечно, качество полученных с такой огромной дистанции снимков оставляло желать лучшего. Девятью месяцами ранее, 12 ноября 1980 г., дальний пролет Энцелада совершил Voyager 1. Расстояние составило аж 202000 км, но все же определенные научные данные им были получены.

Тепловая карта южного полюса. Составлена 12 марта 2008 г. на основе данных сканирования, полученных в промежутке от 16 до 37 мин после пролета с расстояния от 14000 до 32000 км.

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Итак, как выяснилось, полюса Энцелада имеют большое различие в ландшафте и топографии. В отличие от «молодого» южного, северный полюс более «древний» - он испещрен кратерами различного диаметра, которые «деформированы» в различной степени прошлой тектонической активностью (идущими из недр потоками тепла). Многие кратеры оказались «разрезанными» маленькими параллельными трещинами, и на северном полюсе спутника это наблюдается практически повсеместно. А дно некоторых больших кратеров, покрытое мелкими воронками, имеет выпуклую форму - это может говорить о том, что ледяные породы в этой районе когда-то были более «теплыми».

Мозаика из трех снимков северного полушария Энцелада, полученных в ходе пролета 12 марта 2008 г. с расстояния около 32000 км. Разрешение мозаики - 176 м на пиксел. По центру видны два больших кратера с именами Али-Баба и Аладдин. Слева от центра в направлении север-юг тянется гигантская рытвина Самарканд (Samarkand Sulci), а справа можно различить рельеф «головного» полушария (по направлению движения КА вокруг Сатурна).

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    На снимках «Вояджера-2» казалось, что рытвина Самарканд «перезрезала» ряд больших кратеров, и тот все еще непонятный геологический процесс, который ее сформировал, фактически «стер» их с поверхности Энцелада. Однако детальные снимки Cassini позволили установить, что это не совсем так: края кратеров уцелели. Этот факт поможет ученым приблизиться к пониманию сложной геологической истории спутника.
    «Эти новые снимки в деталях показывают нам различие между северным и южным полюсами и представляют собой ценные данные, по которым мы воссоздадим сложную геологическую историю Энцелада», - говорит Кэролин Порко (Carolyn Рогсо), научный руководитель съемочной группы проекта Cassini из Института космических наук в Боулдере.
    ...Таким образом, за четыре целевых пролета Энцелада ученые многое узнали о нем, но загадки оставались. Самая главная из них - это тайна «тигровой шкуры»: уже были проведены ее дистанционные исследования, но снимков с высоким разрешением пока получить не удавалось.

Карта южной полярной области Энцелада с четырьмя «тигровыми полосами» и гейзерами. Местоположение гейзеров определено по многочисленным снимкам их «фонтанов» на лимбе путем проекции на поверхность Энцелада (ромбики). Восемь идентифицированных гейзеров обозначены римскими цифрами желтого цвета, «теплые» аномальные области по данным CISR - красными четырехугольниками с зелеными латинскими буквами.

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    В ходе пролета 11 августа 2008 г. это наконец было сделано, и в распоряжение ученых попали наиболее детальные на сегодняшний день изображения самых интересных районов в южнополярной области Энцелада.
    Чтобы добиться беспрецедентной четкости снимков, научная группа Cassini использовала специальную технологию съемки, шутливо именуемую «стрельба по тарелочкам» (skeet shooting).
    Напомним, диаметр Энцелада - «всего» 494 км, а относительная скорость КА при пролете спутника превышала 17 км/с. Получить при таких условиях несмазанный снимок - целое искусство. Отслеживать какую-либо точку на поверхности Энцелада было просто нереально. Поэтому Cassini был «наведен» с упреждением и начал разворачиваться с максимальной угловой скоростью в направлении относительного движения спутника. В некий момент времени, естественно, Энцелад влетел в поле зрения и пересек его, обгоняя движение Cassini, но все же проделал это значительно медленнее, чем если бы КА «стоял» в постоянной трехосной ориентации. Осталось запрограммировать непрерывную съемку «очередью» непосредственно в момент появления Энцелада.
    «Самым главным для нас [в ходе пролета] было направлять объективы камер в нужное место в нужное время», - говорит Пол Хелфенстейн (Paul Helfenstein), сотрудник группы изображений Cassini из Корнеллского университета в Итаке (штат Нью-Йорк), разработчик этой технологии.

Две мозаики из снимков поверхности Энцелада с разрешением от 10 до 30 м, полученных камерой ISS 11 августа 2008 г. с расстояния от 1288 до 4742 км. Центр левой области лежит в точке 81.2'ю.ш., 309.9'з.д., правой - вточке81.6'ю.ш., 56.5'з.д. Желтые круги обозначают районы, где предположительно образуются гейзеры.

ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Итак, в ходе августовского пролета камера ISS станции Cassini сделала с разными фильтрами серию из семи снимков с наилучшим разрешением до 14.5 м, на которых и были запечатлены те самые «тигровые полосы» - огромные южнополярные рытвины.
    «Стрельба по тарелочкам» дала очень четкие изображения, на которых удалось выявить много интересных деталей. Оказалось, что рытвины имеют V-образные внутренние стенки и их глубина составляет примерно 300 м. На внешних склонах некоторых из них были замечены протяженные залежи белого вещества. А в окрестностях рытвин были замечены «разбросанные» повсюду ледяные «булыжники» размером в десятки метров.
    9 и 31 октября 2008 г. Cassini совершит два очередных пролета на высотах 25 (рекорд!) и 200 км соответственно, в ходе которых будут получены новые уникальные снимки поверхности этой луны Сатурна; возможно, они принесут ученым новые сюрпризы и открытия.
    Как известно, разговоры о метановых морях и океанах на Титане появились более 20 лет назад, но плотная, практически непрозрачная атмосфера спутника не позволяла подтвердить или опровергнуть эту гипотезу. Высадившись на поверхность Титана в январе 2005 г., зонд Huygens обнаружил там метановый дождь и долины метановых рек, но никаких признаков морей и океанов найдено не было... При таком раскладе вещей единственным источником попадания метана и других углеводородов в атмосферу Титана мог быть криовулканизм. Ответа на «главный вопрос» не было.
    И вот новые результаты упорного «труда» Cassini не заставили себя долго ждать: 6 июня 2005 г. КА провел съемку южного полюса Титана с расстояния около 450000 км, и на полученных камерой ISS снимках было обнаружено небольшое темное пятно с гладкой поверхностью и четко очерченной линией по периметру. Неужели Титан стал вторым небесным телом, кроме Земли, на котором, пусть и не в глобальном масштабе, но все же существуют резервуары с жидкостью? Или это просто депрессия, дно которой покрыто твердыми углеводородными соединениями темного цвета, оседающими на поверхность из атмосферы? Было непонятно...
    Спустя год Cassini вновь получил «пищу для размышлений»: при пролете 22 июля 2006 г. он провел радиолокационную съемку северных областей Титана и, к полному восторгу ученых, обнаружил отчетливые темные (в плане отраженного сигнала) пятна на поверхности, которые лежали во впадинах рельефа. Они имели сходство с пятном, которое было обнаружено в июле 2005 г., и их отражательная способность была очень низкой, что означало одно: они имеют очень ровную поверхность и должны являться резервуарами с жидкостью. Что же это - земля озер в титанианской Арктике?
    Да, земля озер, и, как оказалось, не только на севере. В ходе очередного пролета Титана 2 октября 2007 г. Cassini вновь наблюдал южные районы Титана, но теперь он уже пристально вглядывался в поверхность с помощью радара. Именно здесь в июне 2005 г. было обнаружено то самое темное пятнышко, которое наделало столько «шума» в научной среде... И результат опять был потрясающим: Cassini обнаружил те же самые многочисленные темные пятна, что и на северном полюсе!
    Но почему они были замечены только на полюсах спутника? Ответ следует искать в круговороте углеводородов в природе Титана. В декабре 2006 г. в районе северного полюса Cassini наблюдал огромную облачную систему - подобные образования могут играть ключевую роль в глобальном образовании органических соединений и их взаимодействии с поверхностью спутника.
    Согласно наблюдениям с наземных радиотелескопов, система полярных облаков на Титане появляется и исчезает при смене времен года (в настоящее время на северном полюсе спутника - зима, а на южном - лето). Поэтому при наступлении нового сезона подобные облака и метановые озера могут образовываться в другой полярной области, считают ученые.
    Предполагается, что облака на Титане состоят из этана (С₂Н₆), метана (СН₄) и других органических соединений. Метан поступает туда при испарении в процессе криовулканизма и вновь выпадает на поверхность в виде метанового дождя, и это доказал зонд Huygens. Однако, как утверждают некоторые специалисты, выбросов метана хватает лишь для его пополнения в атмосфере, пусть даже для выпадения «дождика», но никак не для образования метановых морей на поверхности. Значит ли это, что озера на Титане состоят из жидкого этана?
    Известно, что он образуется при диссоциации метана в атмосфере, и теоретически за 4.5 млрд лет существования Титана его должно было накопиться очень много. Однако на средних и более низких широтах его почти не видно...
    Иначе дела должны обстоять в полярных областях: именно там следует искать жидкий этан, который будет конденсироваться то на одном, то на другом полюсе в зависимости от времени года. И Cassini получил доказательства в пользу этой теории! 5 декабря 2007 г. состоялся очередной близкий пролет Титана, в ходе которого спектрометр видимого и ИК-диапазона VIMS исследовал озеро Онтарио (Ontario Lacus) площадью около 20000 км² в южной полярной области спутника. Как показали ИК-наблюдения, «материал» озера - это жидкий этан, который так долго искали ученые.

60-й СПУТНИК САТУРНА!

Объект с обозначением S/2007 S4 был замечен как небольшое тусклое пятнышко на серии снимков в видимом диапазоне системы колец Сатурна, которые Cassini получил 30 мая 2007 г. Съемка проводилась с расстояния 1.76 млн км, разрешение фотографий составило 105 км на пиксел.     Открытие сделал Карл Мерри (Carl Murray), член съемочной группы проекта Cassini из Университета Королевы Марии в Лондоне. Он не скрывал своих радостных чувств: «Мы обнаружили 60-ю луну Сатурна с помощью широкоугольной камеры на борту станции Cassini. Когда я изучал область снимков в окрестностях спутников Метона (Methone) и Паллена (Pallene), то обратил внимание на кое-что [необычное]».     Мерри с коллегами проделали огромную работу, ища доказательства своей гипотезы о новом спутнике Сатурна в колоссальном объеме цифровых данных о кольцах, которые были переданы КА на Землю. Но все их трудозатраты оправдались с лихвой. Подробный просмотр снимков колец, сделанных в период с июня 2004 г. по июнь 2007 г., позволил подтвердить, что Карл Мерри действительно обнаружил новый, ранее неизвестный спутник Сатурна! Это пятая сатурнианская луна, которая открыта съемочной группой Cassini за время полета КА.     Согласно проведенным расчетам, диаметр «Фрэнка» (такое рабочее название получил объект S/2007 S4) составляет около 2 км. Этот крохотный спутник, так же как его «соседи», состоит в основном из смеси льда и камня. Он вращается вокруг Сатурна между орбитами Ме-тоны и Паллены,находясь в резонансе с крупным спутником - Мимасом.     «На момент запуска Cassini в 1997 г. нам было известно лишь о 18 лунах Сатурна. Теперь же их более чем втрое больше, и каждое подобное открытие является недостающим «паззлом» к общей картине, становясь новым предметом для детального исследования», -отметил К. Мерри.

60-й СПУТНИК САТУРНА!

    Здесь уместно сказать несколько слов об «открытии нефти» на Титане. Это выражение появилось в отечественных СМИ практически сразу же после объявления полученных результатов научной группой Cassini. И оно неудивительно: как правило, громкими заголовками и «дешевой» сенсацией и живут «желтые издания», которые пытаются не столько выдать желаемое за действительное, сколько просто привлечь внимание обывателя. Да, этан действительно содержится в нефти и присутствует в природном газе. Но жидким он может стать при температуре -182.8°С и ниже (температура плавления), что и наблюдается на Титане. Так что жидкий этан на спутнике Сатурна есть, а вот отправлять туда экспедицию для бурения нефтяных скважин пока рановато...
    Но вернемся к этому, бесспорно, очень важному открытию. Оно было сделано с применением специальной техники съемки, которая исключала наличие в озере таких возможных соединений, как водяной лед, аммиак и углекислота. «Это первое наблюдение, которое подтверждает факт наличия озер [с жидкими углеводородами] на Титане», - говорит Боб Браун (Bob Brown), научный руководитель группы по прибору VIMS.
    На снимках Cassini можно увидеть береговую линию озера Онтарио, а также немного выступивший шельф - это может означать то, что озеро постепенно испаряется. Вот и еще один аргумент в пользу той теории круговорота углеводородов в «природе» Титана, которая существует сегодня.
    Как говорят члены научной группы Cassini, спектральные признаки наличия этана в озере Онтарио были получены несмотря на то, что съемка осуществлялась через атмосферную дымку Титана и с наклонной траектории, по которой КА выполнил пролет спутника. А это является хорошим показателем и вселяет надежду на то, что в будущем нас ждут более интересные и завораживающие открытия, касающиеся загадочных озер на Титане.