Сатурн - Властелин Колец
Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы!
Исследование Солнечной Системы - Сатурн
 Исследователи
КА "Cassini"
Страница: КА "Cassini" NASA, Сатурн все ближе (Part #1, Part #2), Орбита Сатурна (Part #1, Part #2, Part #3), Посадка на Титан (Part #1, Part #2.1, Part #2.2), Система Сатурна (Part #1, Part #2, Part #3), Два года миссии (Part #1, Part #2, Part #3), Новые открытия, Первая пятилетка (Part #1, Part #2), Разгадка тайн Сатурна, Проделанная работа (Part #1, Part #2), Луны, кольца и ураганы (Part #1, Part #2, Part #3), 15 лет в космосе! (Part #1, Part #2, Part #3), Продолжаем миссию (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4);
Сатурн: Властелин Колец

Космические исследователи

Итоги работы первых пяти лет на орбите Сатурна

    30 июня 2009 исполнилось пять земных лет с момента выхода межпланетной станции Cassini на орбиту Сатурна. Пятилетка - это примерно одна шестая часть «сатурнианского» года, достаточный интервал времени для обнаружения сезонных изменений на планете и спутниках. Напомним, что Cassini закончил основную четырехлетнюю миссию 30 июля 2008 г., но еще до этого, 15 апреля, NASA объявило о продлении работы станции на два года. Главными задачами продленной миссии, получившей название Cassini Equinox Mission, стали детальные исследования Титана и Энцелада, мониторинг сезонных изменений в атмосферах Сатурна и Титана, исследование магнитосферы Сатурна. В августе планируется провести интереснейшие наблюдения колец: на планете наступит равноденствие.

ЧАСТЬ №1    -    ЧАСТЬ №2

Лунные арки

    По сообщению NASA от 5 сентября 2008 г., межпланетная станция Cassini обнаружила неполные кольца, или арки, сопровождающие две крохотные луны Сатурна - Анфу (Anthe) и Мефону (Methone)* - в их движении вокруг газового гиганта (* Алкиппа, Анфа, Астерия, Дримо, Мефона, Паллена и Фтония - в древнегреческой мифологии семь дочерей великана Алкионея. Когда Алкионей был убит Гераклом, они бросились в море, и Амфитрита превратила их в птиц).
    Речь идет, разумеется, не о кольцах вокруг этих миниатюрных объектов (Анфа имеет всего 2 км в диаметре, Мефона - 3 км), а о неполных кольцах Сатурна, тянущихся вдоль их орбит вперед и назад по отношению к орбитальному движению спутников.

«Космоскаф медленно плыл в двадцати пяти километрах от средней плоскости Кольца. Впереди исполинским мутно-желтым горбом громоздился водянистый Сатурн. Ниже, вправо и влево, на весь экран тянулось плоское сверкающее поле. Вдали оно заволакивалось зеленоватой дымкой, и казалось, что гигантская планета рассечена пополам. А под космоскафом проползало каменное крошево. Радужные россыпи угловатых обломков, мелкого щебня, блестящей искрящейся пыли. Иногда в этом крошеве возникали странные вращательные движения, и тогда Юрковский говорил: «Притормози, Михаил... Вот так...» - и несколько раз щелкал затвором».
Аркадий и Борис Стругацкие. "Стажеры"
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    По мнению астрономов, материалом для «строительства» арок являются обломки самих спутников, выбитые с их поверностей ударами микрометеоритов. Имея несколько отличные периоды обращения, эти частицы могли бы распространиться вдоль всей орбиты соответствующего спутника, но гравитационное воздействие соседнего крупного спутника Мимаса не дает им этого сделать.
    Дело в том, что Анфа и Мефона находятся в орбитальном резонансе с Мимасом - их периоды обращения соотносятся как 15:14 для Мефоны и 11:10 для Анфы. Как следствие, Мимас время от времени заставляет их то уходить вперед, то отставать по сравнению с тем, как эти спутники двигались бы без внешнего воздействия. И он же не дает аркам превратиться в полные кольца.
    «Как только мы поняли, что арки Анфы и Мефоны очень похожи на те области, в которых эти луны ходят взад и вперед по орбитам из-за резонанса с Мимасом, стало ясно, что, скорее всего, мы имеем дело с причиной и следствием, - объясняет Ник Купер (Nick Cooper) из Колледжа королевы Марии Университета Лондона, член коллектива, занимающегося обработкой изображений Cassini.
    Частичное кольцо на орбите Мефоны было обнаружено ранее с помощью магнитосферного инструмента MIMI, и теперь его существование подтверждено. Арка Анфы сфотографирована камерой Cassini впервые.

РЕЗЕРВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ
11 марта 2009 г. Cassini успешно перешел на резервный комплект двигателей. Переключение выполнено из-за ухудшения характеристик двух ЖРД ориентации основного комплекта А, служивших с момента запуска Cassini в 1997 г.: Z3A - в октябре 2008 г. и Z4A - в феврале 2009 г. Каждый из двух комплектов А и В состоит из восьми двигателей тягой по 0.2 фунта (0.09 кгс). Они используются для малых коррекций орбиты КА, а также для сброса момента импульса маховиков.
РЕЗЕРВНЫЕ ДВИГАТЕЛИ

    Ранее Cassini удалось пронаблюдать слабые кольца, сопровождающие еще несколько малых лун Сатурна: Пан, Янус, Эпиметий и Паллена. Все они либо «встроены» в главные кольца Сатурна, либо обращаются вблизи от них. Кроме того, Cassini обнаружил арку в слабом кольце G, местонахождение которой также соответствует гравитационному резонансу с Мимасом. Не является ли она остатком небольшого спутника, который к настоящему времени полностью разрушился?

В полку спутников прибыло

    Как вскоре выяснилось, разрушился, да не совсем! 3 марта 2009 г. NASA опубликовало сообщение о том, что Cassini все-таки сумел увидеть очень маленький спутник в пределах арки кольца G.
    Эту крошечную луну Сатурна удалось найти на снимке, сделанном 15 августа 2008 г., а затем и на двух более ранних изображениях. С тех пор он регулярно попадает в объектив камеры Cassini.
    Спутник настолько мал, что камера видит его лишь как наиболее яркое место арки, и поэтому размер объекта не может быть измерен непосредственно. Однако ученые дали оценку величины нового тела, сравнив его блеск с блеском другого небольшого спутника Сатурна - открытой в 2004 г. Паллены (Паллена - персонаж древнегреческой мифологии. Дочь Сифона, царя одомантов во Фракии). Судя по этим предварительным оценкам, диаметр 61-го спутника Сатурна составляет всего 500 м. Новая маленькая луна получила номер LIII и имя Эгеон (Aegaeon, Эгеон, Котт и Гиес - в древнегреческой мифологии сторукие пятидесятиголовые великаны, олицетворение стихий, сыновья Геи и Урана).
    Стоит напомнить, что в системе Сатурна выделяют семь крупных колец, большинство которых при внимательном рассмотрении распадается на множество отдельных колечек. Кольцам давали обозначения латинскими буквами в порядке обнаружения, поэтому они следуют в таком порядке, считая от Сатурна: D, С, В, A, F, G и Е.

Арки Анфы (вверху) и Мефоны (внизу). Снимок сделан 29.10.2007 г. с расстояния 2.2-2.3 млн км.
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Кольцо G является одним из внешних диффузных колец, его открыли на снимках с аппарата Voyager 1 в 1980 г. Внутри кольца есть довольно яркое и узкое образование - дуга шириной 250 км и длиной 150 000 км, что примерно равно одной шестой длины окружности. Измерения плазмы и пыли, сделанные Cassini, указывают на то, что эта арка образована из сравнительно крупных ледяных частиц, среди которых движется и вновь обнаруженный спутник.
    «До Cassini кольцо G было единственным пылевым кольцом, которое не ассоциировалось явно с известным спутником, и это было странно», - говорит Мэттью Хедман (Matthew Hedman) из научной группы камеры ISS на Cassini. Теперь эта «недостача» восполнена, и ученые вполне обоснованно считают, что именно этот спутник и является основным создателем кольца G в целом и арки в нем в частности. Как мы уже знаем, орбита вновь открытого тела находится в резонансе с Мимасом (резонанс 6:7), и возмущения, создаваемые его крупным соседом, регулируют поведение спутника и вещества арки. Это открытие еще раз подчеркивает тесную связь между спутниками и кольцами планеты, что очень хорошо прослеживается во всей системе Сатурна.
    Скорее всего, новый спутник не одинок в арке кольца G: другие инструменты Cassini указывают на существование в нем большого числа объектов в диапазоне размеров от 1 до 100 м в поперечнике. В начале 2010 г. станция вновь пройдет вблизи кольца G, и тогда, возможно, удастся более тщательно изучить как арку, так и спутники в ней.

«Башни» в кольцах Сатурна

    Погрузиться в кольцо Сатурна, как сделали герои братьев Стругацких, невозможно. Кольца чрезвычайно тонки - папиросная бумага не идет с ними ни в какое сравнение. По современным данным, три наиболее заметных кольца А, В и С имеют в толщину всего 10 метров, при том что их суммарная ширина - более 50000 км! И вся эта тонкая-тонкая ткань колышется под влиянием спутников Сатурна, и крупных, и самых маленьких.

На каждом из изображений можно заметить небольшое светлое пятнышко. В отличие от полос на фоне, являющихся размазанными изображениями далеких звезд, эта полоска совмещена с кольцом G и движется вдоль кольца, что и следовало ожидать от объекта, встроенного в кольцо.
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Совсем недавно, весной 2009 г., Cassini сумел увидеть в кольце А узкие вертикальные структуры - своего рода «башни». На самом деле это очень высокие и узкие волны, которые были предсказаны по результатам компьютерного моделирования. Сейчас, вблизи равноденствия, когда Солнце стоит «низко» над плоскостью колец и его лучи падают под небольшим углом, все поперечные структуры отбрасывают длинные тени. По длине теней и была вычислена высота «башен», которая составила около 1.5 км. Это вдвое выше, чем удавалось увидеть до сих пор, и в 150 раз больше толщины колец.

На этом снимке отчетливо видны тени, отбрасываемые необычными вертикальными структурами.
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    В статье, опубликованной 11 июня в Astronomical Journal Джон Вейсс с соавторами выдвинули предположение, что причиной появления подобных объектов является гравитационное влияние Дафниса (Дафнис - в древнегреческой мифологии прекрасный юноша, сын Гермеса и сицилийской нимфы, любимец богов и в особенности муз) - малого спутника Сатурна диаметром около 8 км. Дафнис (кстати, он был открыт по снимкам Cassini 6 мая 2005 г.) обращается в щели Килера шириной 42 км у внешней кромки кольца А. Орбита его немного вытянута, и Дафнис приближается то к одному краю щели, то к другому, и в это время края кольца сильнее «ходят» в направлении к Сатурну и от него. Но еще более существенным является ненулевое наклонение орбиты спутника. Именно оно ответственно за появление в волнах вертикальной составляющей.

Сюрпризы полярных облаетей Сатурна

    Съемки полярных областей в ближнем ИК-диапазоне выявили новые детали огромных циклонов на полюсах Сатурна и продемонстрировали сходство этих гигантов с земными штормами. Кроме того, в северной полярной области удалось выявить необычное сияние, отличное от авроральных явлений, фиксируемых на других планетах.
    Оба полюса планеты наблюдались с помощью картирующего спектрометра VIMS, причем на северном полюсе в период наблюдений стояла полярная ночь. В ИК-диапазоне облака выглядели темными силуэтами на фоне яркого свечения недр планеты.

На этих 2х фото, сделанных 11 мая 2007 г. с расстояния 416000 км, можно увидеть южный полярный регион, где расположен ураган, похожий на земной. Сам полюс выглядит красным на этом изображении - это свечение тепла из недр Сатурна. Просветы между облаками позволяют заглянуть на уровень, где давление составляет 5 атм, что соответствует глубине 125 км от верхнего слоя дымки.
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Северная полярная область была детально картирована с разрешением около 120 км. На составленном NASA видеоролике видно, что циклон вращается вокруг полюса со скоростью около 530 км/ч - это в два раза быстрее, чем самые мощные ветры, зарегистрированные на Земле. Ураган окружен необычным шестиугольником, похожим на ячейку пчелиных сот, который вращается вместе с планетой, но «не реагирует» ни на циклон, ни на движение облаков со скоростью до 500 м/с внутри гексагональной структуры.
    В отличие от земных ураганов, получающих энергию из океанского тепла и воды, циклоны Сатурна не имеют «водяной» подпитки. Несмотря на это «глаз урагана» на Земле и на Сатурне выглядит абсолютно одинаково. Различие в том, что ураганы Сатурна фиксированы на полюсах, земные же двигаются над океанами.
    «Это по-настоящему массивные циклоны, в сотни раз мощнее, чем большинство земных, - говорит Кевин Бейнс (Kevin Baines) из Лаборатории реактивного движения, работающий с данными спектрометра NIMS. - Десятки пышных, конвективных кучевых облаков вокруг обоих полюсов выдают присутствие гигантских гроз, которые притаились под ними. Такие грозы могут быть двигателями этих погодных систем».
    Так же как сконденсированная вода в облаках Земли отдает энергию вращающимся ураганам, тепло, выделяющееся в результате конденсации воды в сатурнианских грозах глубоко в атмосфере, в дальнейшем служит источником энергии циклонов.

Изображение гигантского вихря на южном полюсе позволяет понять механизмы, которые приводят его в действие. Снимок сделан камерой ISS-NAC 14 июля 2008 г. и преобразован так, как будто наблюдатель находится над полюсом.
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Данные инфракрасной съемки южной полярной области в условиях постоянного солнечного освещения показывают сотни темных облачных пятен. Как и на северном полюсе, эти облака отражают конвективные грозовые процессы, уходящие на 100 км вниз от вершин облаков. Они по большей части состоят из гидросульфида аммония с примесью материалов, «вытянутых» из недр планеты. Большая же часть дымки и облаков Сатурна состоит из аммиака, который конденсируется на больших высотах в атмосфере.
    Изображения южной полярной области были получены камерами Cassini в середине июля 2008 г. и оказались в 10 раз более детальными, чем имевшиеся в руках исследователей ранее.
    «То, что выглядит кучевыми облаками на снимках более низкого разрешения, оказывается глубокими конвективными структурами, которые видны над атмосферной дымкой, - утверждает Тони ДельДженио (Топу DelGenio) из Годдардовского института космических исследований. - Одна из них выступает на большую высоту и создает свой собственный маленький вихрь».
    Глаз южнополярного урагана окружен внешним кольцом облаков, но новые снимки указывают на то, что существует и внутреннее кольцо вдвое меньшего диаметра. Поэтому настоящий глаз урагана меньше, чем видели ранее на снимках низкого разрешения.
    «Удивительное дело, - объясняет Эндрс Ингерсолл (Andrew Ingersoll) из Калифорнийского технологического института. - Конвективные процессы являются важной частью энергетики планеты, так как поднимающееся из недр вещество несет с собой тепло. В земных ураганах конвекция происходит в стенах урагана, а сам глаз является регионом, в котором воздух движется вниз. Здесь же конвекция происходит и в глазе урагана».
    Дальнейшие исследования полярных регионов будут продолжены в августе 2009 г. когда в южное полушарие Сатурна придет осень, а в северное - весна.
    Что касается полярного сияния, то, по словам Тома Столларда (Tom Stallard) из британского Университета Лестера (University of Leicester), «это не просто авроральное кольцо, какие мы видим на Юпитере или на Земле. Тут сияние захватывает огромный район над полюсом. Наши нынешние представления о том, как формируются полярные сияния на Сатурне, говорят, что этот регион должен быть пустым, поэтому находка здесь такого яркого свечения - фантастический сюрприз».

Северная полярная область Сатурна в ИК-диапа-зоне. Энергичные частицы врезаются в атмосферу планеты, вызывая авроральное свечение, которое на снимке показано голубым цветом.
ИССЛЕДОВАНИЕ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Это открытие удалось сделать изучая огромный архив снимков Cassini. Анализ необычного явления группа ученых представила только в ноябре 2008 г. Планетологи утверждают, что новое свечение не вписывается ни в один из известных типов сияний.
    Авроральные кольца (или овалы) образуются при попадании в атмосферу планеты частиц, движущихся вдоль силовых линий магнитного поля. Источников этих частиц может быть два. Для Земли это только солнечный ветер. Для Юпитера - и солнечный ветер, и собственная «окружающая среда», сформированная магнитосферой гиганта и его спутниками. Второй поставщик заряженных частиц для самой большой планеты является преобладающим, поэтому картина полярных сияний на Юпитере практически постоянна и не зависит от активности Солнца. Сатурн также довольствуется двумя источниками частиц сразу: собственным окружением и солнечным ветром; последний формирует основное полярное сияние, но его размеры сильно изменяются в зависимости от активности Солнца.
    Недавно Столлард уже сообщал об открытии, связанном с полярными сияниями Сатурна. Именно Том и его коллеги впервые обнаружили на этой планете авроральные явления, сходные по природе с юпитерианскими, - они вызываются ионизированными атомами, пойманными в ловушку и разогнанными магнитным полем планеты.
    Эти «автономные» полярные сияния, как и те, что вызваны воздействием Солнца, обладают своими характерными особенностями - периодичностью, местом возникновения, частотами излучений. Вновь обнаруженное сияние выпадает из привычной картины.
    В ИК-диапазоне это сияние охватывает область выше 82°с.ш., включая полюс. Оно постоянно меняется и может даже исчезнуть за какие-то 45 минут. К сожалению, сейчас это явление нельзя наблюдать с помощью Космического телескопа имени Хаббла, который принес немало пользы при изучении авроральных овалов газовых гигантов в ультрафиолете: в период равноденствия в столь северные широты он заглянуть не может.
    «Уникальные особенности полярных сияний Сатурна говорят нам о том, что существует нечто особенное и непредвиденное в магнитосфере планеты и в том, как она взаимодействует с солнечным ветром и атмосферой», - считает Ник Ахиллеос из Юниверсити-колледжа, участник группы магнитных измерений Cassini.

ЧАСТЬ №1    -    ЧАСТЬ №2
Автор: А. ИЛЬИН, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"

2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru