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

Разгадка тайн Сатурна

    3 февраля NASA объявило о продлении миссии Cassini до мая 2017 г. В проекте бюджета агентства на 2011 финансовый год уже предусмотрено 60 млн $ на работу с зондом. Американский КА Cassini был запущен в октябре 1997 г. и прибыл в систему Сатурна в июне 2004 г. Первоначальная программа работы была рассчитана на четыре года, но 15 апреля 2008 г. срок миссии был продлен до сентября 2010 г. И вот теперь исключительно плодотворная работа Cassini продлена еще почти на семь лет.

    «Это миссия, которая не перестает давать нам удивительные научные результаты. Открытия [сделанные Cassini] произвели революцию в наших представлениях [о Сатурне и его спутниках]», - говорит Джим Грин (Jim Green), руководитель отделения планетологии в головном офисе NASA.
    Продолжение работы Cassini позволит изучить сезонные изменения на Сатурне и его лунах. Зонд прибыл к Сатурну вскоре после зимнего солнцестояния в северном полушарии планеты. Первое продление имело целью охватить период равноденствия и так и называлось - Cassini Equinox Mission. Второе продление получило имя Cassini Solstice Mission: оно позволит ученым проследить за процессами в системе Сатурна вплоть до летнего солнцестояния 23 мая 2017 г. и получить, таким образом, полную картину сезонных изменений. Вскоре после этого полет Cassini будет завершен - 15 сентября 2017 г. он погрузится в атмосферу Сатурна.
    За семь лет аппарат совершит еще 155 витков вокруг планеты, 54 раза пролетит вблизи Титана и 11 раз - мимо Энцелада с его ледяными гейзерами. Ученые смогут продолжить изучение магнитосферы Сатурна, совершить новые «нырки» между поверхностью планеты и ее кольцами, изучить внутреннюю структуру газового гиганта, уточнить массу колец.

Пролетая над Энцеладом

    2 и 21 ноября 2009 г. Cassini совершил седьмой и восьмой целевые пролеты Энцелада (события Е7 и Е8; см. таблицу).
    2 ноября в 07:42 UTC по бортовому времени зонд прошел на высоте 103 км над поверхностью беспокойной луны над регионом 82°ю.ш. при относительной скорости 7.7 км/с. Высота пролета не была рекордной: ранее, в пятом целевом пролете Энцелада (Е5), Cassini проходил на высоте всего в 25 км от поверхности загадочного спутника. Отличие было в том, что на этот раз аппарат прошел непосредственно сквозь струи гейзеров, бьющих из полярной области в космическое пространство. Задачей пролета был анализ извергаемого гейзерами вещества: химический состав, размер, масса капелек или пылинок, их скорость и электрический заряд.

Энцелад трещит по швам.
КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Пролет Е7 был очень информативным и стопроцентно успешным. Его успех позволит провести в апреле 2010 г. пролет Е9 практически по такой же траектории, но без использования бортовых двигателей.
    Поддержание ориентации КА с помощью гиродинов позволит выполнить точные измерения гравитационного поля Энцелада, что, в свою очередь, поможет выявить секреты его внутренней структуры - например, выявить возможные масконы (концентрации массы) вблизи южного полюса спутника.
    На полученных снимках впервые удалось устойчиво разрешить отдельные струи гейзеров, ранее «сливавшиеся» в единый выброс. Это поможет в перспективе локализовать источники выбросов пара - сами гейзеры. Пока эта задача не решена, хотя уже известен район вблизи южного полюса Энцелада, где расположены гейзеры.
    Плотность вещества в струях гейзеров на трассе пролета Cassini оказалась примерно в два раза меньше предсказанной, однако втрое большей, чем при предыдущем тесном сближении станции с Энцеладом. Возможно, это говорит о флуктуациях плотности вещества над «долиной гейзеров».

На одной из температурных карт можно хорошо рассмотреть небольшой 40-км участок, располо-женный вдоль рытвины Багдад. Карта иллюстрирует соответствие между геологически активными молодыми трещинами на поверхности и аномально высокими для этого места температурами.
КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    21 ноября 2009 г. Cassini снова совершил пролет Энцелада. Для камер зонда, работающих в видимом спектре, это сближение стало последней возможностью понаблюдать за южным полюсом спутника, который после наступления зимы спрячется в ночную тень на долгих 15 лет.
    Пролет Е8 состоялся в 05:15:03 UTC на минимальной высоте 1606 км над 82°ю.ш. при скорости 7.7 км/с. Аппарат управлялся двигателями ориентации для точного отслеживания деталей поверхности. Инфракрасный спектрометр (CIRS) составил карту теплового излучения «тигровых полос» вдоль рытвины Багдад (Baghdad Sulcus).
    Ученые рассчитывали найти новые извержения в районе «тигровых полос». На некоторых снимках было зафиксировано до 30 отдельных струй, из которых более 20 ранее не были известны, а вот одна из струй, прежде резко выделявшаяся, теперь стала менее мощной. По словам руководителя группы визуальной информации Каролин Порко (Carolyn С. Роге о), оправдались надежды на то, что мощность струй меняется со временем и что новые струи различной мощности появляются в области «тигровых полос».

Снимок гейзеров Энцелада, сделанный во время пролета 2 ноября 2009 г.
КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Проведенные измерения показали, что температуры вдоль рытвины Багдад составляют приблизительно 180 К (-93°С), а в отдельных местах могут достигать 200 К (-73°С). Настоящий оазис: окружающая поверхность выстужена до 50 К (-223°).
    Проверив совпадение источников струй и горячих точек в южном полушарии Энцелада, ученые смогут ответить на вопрос, являются ли теплые места около центров извержений результатом нагрева стен разломов от поднимающейся из недр смеси частиц водяного льда и пара или имеют другую природу.

Загадка Япета

    Загадка Япета разгадана Астроном Джованни Доменико Кассини, открывший спутник Япет в 1671 г., первым обратил внимание на то, что его переднее (направленное в сторону движения по орбите) полушарие имеет более темный цвет.
    Снимки, выполненные в 1980-1981 гг. зондами Voyager, а затем и Cassini, показали, что более темный материал передней стороны спутника в районе экватора распространяется на заднюю сторону, а яркий материал хвостового полушария, в свою очередь, заходит на головное в районах полюсов.
    И вот 2009 г. группа ученых из США и Германии нашла причины странной раскраски Япета. Авторы работы, опубликованной в Science за 10 декабря, изучали фотографии, выполненные камерой ISS (Imaging Science Subsystem, Научная видовая подсистема) зонда Cassini во время пролета Япета 10 сентября 2007 г.
    «Как выяснилось, и темное, и светлое вещество на поверхности переднего полушария спутника имеют красноватый оттенок, нехарактерный для задней стороны», - рассказывает один из участников исследования Тильманн Денк (Tilmann Denk) из Свободного университета Берлина. Однако дно у свежих кратеров на темной стороне белое, так что темно-красный слой, по-видимому, имеет толщину всего в несколько метров.
    Эти факты свидетельствуют в пользу популярной теории о том, что переднее полушарие Япета потемнело в результате постепенного накопления красноватой пыли. Другая недавняя публикация указывает, что ее источником, вероятно, является обширное пылевое облако, порождаемое Фебой - дальним спутником Сатурна, обращающимся в противоположном направлении по сравнению с Япетом и другими внутренними лунами.

Двуликий спутник Япет
КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    «Впрочем, существование сложной и выраженной границы между темной и светлой областями нельзя объяснить простым осаждением пыли на поверхность, - замечает Денк. - Здесь должен действовать какой-то более сложный механизм».
    Обнаружить этот механизм ученым помогли данные ИК-спектрометра Cassini и компьютерные модели. Наблюдения Япета в 2005 и 2007 гг. показали, что температура в его темных областях может подниматься до 129 К (-144°С). Этого достаточно для того, чтобы за миллиарды лет в результате испарения слой льда стал значительно тоньше.
    Ученые предполагают следующий вариант развития событий: пыль, осаждаясь на переднем полушарии спутника, увеличивала коэффициент поглощения солнечного излучения, вследствие чего лед в области экватора разогревался и испарялся, перемещаясь к полюсам и к хвостовому полушарию. Поскольку лед с переднего полушария уходил, а частицы темного вещества оставались, разогрев продолжался с еще большей интенсивностью: образовалась положительная обратная связь. Перемещению льда также способствовали физические (небольшой диаметр и малое ускорение свободного падения на поверхности) и орбитальные (длительный период вращения) параметры Япета.

Тайна северного шестиугольника

    Межпланетный зонд Cassini впервые смог получить детальные фотоснимки таинственного шестиугольного образования, расположенного на северном полюсе Сатурна.
    «Продолжительность жизни этого шестиугольника делает его чем-то особенным, учитывая, что похожие атмосферные образования на Земле могут существовать лишь недели. Это загадка того же плана, что и Большое Красное пятно на Юпитере», - отметил сотрудник научной группы Cassini Кунио Саянаги (Kunio Sayanagi).
    Странный шестиугольник, стороны которого лежат примерно на 77° с. ш., а размер примерно в два раза превышает диаметр Земли впервые обнаружил Voyager 1 почти тридцать лет назад - тогда в северном полушарии Сатурна тоже начиналась весна. Однако «Вояджеры» и земные телескопы наблюдали пятно лишь с неудобных ракурсов.
    Когда в 2004 году до планеты добрался Cassini, в разгаре было лето южного полушария. Станция обнаружила вокруг Южного полюса другой грандиозный вихрь, но он имел «традиционную» круглую форму.
    Район северного полюса был погружен во тьму, и ученые могли изучать лишь инфракрасные снимки, которые показали, что шестиугольник практически неподвижен и уходит глубоко в атмосферу (НК №8, 2009). Лишь в январе 2009 г., незадолго до равноденствия, северную полярную область стало вновь освещать Солнце, и Cassini смог получить изображения шестиугольника уже в видимом свете - за исключением региона, непосредственно примыкающего к полюсу.

Шестиугольник на северном полюсе Сатурна. Черная область в центре снимка пока не освещена.
КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Из 55 снимков было собрано мозаичное изображение и короткий, всего из трех кадров, «мультфильм». Как оказалось, форма и расположение «шестеренки» соответствуют тому, что было видно на снимках «Вояджеров» тридцать лет назад.
    Ученые пытаются понять, как сформировалось это странное образование, откуда оно берет энергию и куда расходует. Они намерены получить новые снимки - в частности, струй и вихрей по краям шестиугольника, которые видны на снимках Cassini.

«Блестящее» открытие на Титане

    На снимках Земли из космоса часто можно заметить блики солнечных лучей, отраженных от водной поверхности. Недавно Cassini сумел заснять подобный блик на Титане - таким образом, было получено наглядное доказательство того, что на поверхности спутника существуют озера.
    Ученые хотели сфотографировать «солнечный зайчик» с тех пор, как радиолокатор Cassini «разглядел» систему полярных озер сквозь плотную, почти непрозрачную атмосферу спутника. Но северное полушарие Титана, на котором расположено большее количество озер, чем на южном, до 2009 г. было скрыто зимней тьмой. Солнце начало освещать северные озера совсем недавно, с началом весны в северном полушарии спутника.
    «Один этот снимок говорит нам так много - о тонкой атмосфере, об озерах на поверхности и о загадочности Титана! - восторгается сотрудник Лаборатории реактивного движения Роберт Паппалардо (Robert Т. Pappalardo). - Этот снимок стал одним из культовых изображений Cassini».

Это изображение солнечного блика от одного из озер Титана получено 8 июля 2009 г. (пролет Т58)
КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Катрин Стефан (Katrin Stephan) из Германского аэрокосмического центра DLR в Берлине, обрабатывая 10 июля 2009 г. полученные при пролете Т58 данныё, стала первым человеком, увидевшим отражение Солнца от поверхности Титана. «Это тотчас взволновало меня, ведь эта вспышка напомнила мне виды нашей планеты, полученные с орбиты Земли, когда солнечный свет отражается от океана», - говорит она.
    Специалисты из Университета Аризоны проанализировали изображение и сравнили его с данными, полученными в процессе изучения Титана с помощью бортового радара с синтезированием апертуры. Ученым удалось показать, что Солнце отразилось от южной части Моря Кракена (Kraken Маге). Это крупное озеро Титана площадью 400000 кв. км - больше Каспийского моря! - находится в районе с координатами 71° с. ш. и 23° в. д.
    Жидкость, заполняющая впадины на ледяной поверхности Титана, состоит в основном из этана (его мольная доля около 75%). Еще 5-10% приходится на метан и пропан, 2-3% - на синильную кислоту и около процента - на бутан, бутилен и ацетилен.
    Уникальный снимок позволил установить, что береговая линия Моря Кракена не менялась по меньшей мере последние три года. Кроме того, удалось показать, что на Титане существует «круговорот углеводородов» - и роль земной воды там исполняет метан.

Асимметрия озер объяснена

    Астрономы Калифорнийского технологического института предполагают, что за неравномерность распределения углеводородных озер между северным и южным полушариями Титана отвечает эксцентриситет орбиты Сатурна.
    Данные радара Cassini свидетельствуют, что в высоких северных широтах Титана озера из метана, этана и прочих углеводородов покрывают площадь почти в 20 раз большую по сравнению с южными широтами. Кроме того, северная часть спутника изобилует частично заполненными и ныне пустующими озерами (после обработки радиолокационных данных поверхность озера видна как темная область, а дно высохшего озера кажется более ярким). Подобная асимметрия не может быть простой случайностью, пишут ученые в статье в журнале Nature Geoscience.
    По словам ведущего исследователя Одеда Ахаронсона (Oded Aharonson), поначалу было выдвинуто предположение, что существуют какие-то наследственные топографические различия между полушариями и асимметрия озер образуется из-за особенностей строения рельефа. Однако фактов, подтверждающих эту точку зрения, найдено не было.
    Еще один вариант объяснения - сезонные изменения. Год на Титане длится 29.5 земного года, соответственно примерно каждые 15 лет в одно полушарие приходит лето, а в другое - зима. Летом озера испаряются, выпадая углеводородными дождями на другой половине Титана и заполняя местные озера.

Карта северного и южного полушария Титана. Разными оттенками синего показаны водоемы разной степени наполненности.
КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Однако и эта идея плоха тем, что не проясняет полного высыхания озер: по подсчетам ученых, летом за один земной год водоемы должны терять лишь около метра жидких углеводородов. Между тем глубина озер Титана достигает нескольких сотен метров, а значит, они не могут полностью испариться или наполниться за 15 лет.
    Группа Ахаронсона полагает, что сезонными изменениями можно лишь частично описать перемещение метана, но не всех жидких углеводородов крупнейшей луны Сатурна. Куда более подходящим объяснением, по мнению ученых, является неравномерное движение Сатурна и, как следствие, Титана вокруг Солнца, как и у Земли, орбита шестой планеты не совсем круговая - ее эксцентриситет составляет 0.056.
    Из-за этого во время южного лета Титан находится примерно на 12% ближе к нашей звезде, чем во время северного лета. По этой причине лето в северном полушарии длится дольше, но оно менее теплое в сравнении с коротким, но «жарким» южным летом. Возможно, именно это обстоятельство и определяет разницу в испарении жидкости и выпадении осадков и - как следствие - тяготение озер к северу.
    Впрочем, подобное объяснение верно только для нынешнего положения дел. Спустя примерно 32000 лет перигелию орбиты Сатурна будет соответствовать северное лето, и это приведет к прямо противоположной ситуации - преобладанию озер в южном полушарии.
    Нечто похожее известно и на Земле: те же природные процессы, известные как циклы Миланковича, приводят к попеременному обледенению разных областей Земли. «Возможно, в скором времени мы обнаружим такие же циклы и на других объектах Солнечной системы», - подводит итог Одед.

«Волшебные» пузырьки Энцелада

    По последним данным Cassini, причудливое поведение южной полярной области Энцелада объясняется наличием так называемых пузырьков «теплого» льда, которые периодически поднимаются к поверхности из ледяной коры луны.
    «Cassini, похоже, подловил Энцелад во время отрыжки», - говорит Фрэнсис Ниммо (Francis Nimmo), ученый из Университета Калифорнии в Санта-Крус и один из соавторов новой статьи в Nature Geoscience. «Эти бурные периоды редки и Cassini довелось наблюдать луну во время одной из таких особенных эпох».
    Южная полярная область давно интересует ученых, поскольку там расположены «тигровые полосы» и бьют гейзеры.
    Около четырех лет назад с помощью инфракрасного спектрометра Cassini ученые обнаружили тепловой поток в южной полярной области Энцелада с энергией в б ГВт, что сопоставимо по меньшей мере с десятком электростанций. Также в этом регионе был обнаружен аргон, образующийся из радиоактивного калия 40К с хорошо известной скоростью распада. Расчеты показывают, что измеренное количество тепла и аргона не может быть объяснено только приливным действием Сатурна.

Теория пузырьков теплого льда О'Нейлла - Ниммо объясняет аномалии южной полярной области.
КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Крейг О'Нейлл (Craig O'Neill) из Университета Маккуори (Macquarie University) в Сиднее и вышеупомянутый Фрэнсис Ниммо адаптировали для Энцелада модель, которая была разработана О'Нейллом для расчета конвекции земной коры. Их модель показала, что тепло переносится из недр беспокойной луны пузырьками нагретого льда, причем подъем теплых пузырьков отправляет холодный лед вниз.
    Лед в пузырьках не такой уж и теплый в обычном понимании этого слова. Температура пузырьков, вероятно, просто ниже точки замерзания, которая составляет 273 К (0°С), в то время как температура поверхности Энцелада - всего 80 К (-193°С).
    «Эта модель позволяет решить одну из самых сложных тайн Энцелада, - говорит Роберт Паппалардо. - Почему южная полярная поверхность Энцелада такая молодая? Как может такое количество тепла выделяться на южном полюсе этой луны? Новая теория собирает фрагменты головоломки в единое целое!».

Загадочные ландшафты Титана

    С самого начала радиолокационной съемки Титана с борта Cassini на его поверхности были выявлены образования в форме пчелиных сот и долин с причудливыми краями, который вызвали недоумение ученых.

ВитокПролетДата ВитокПролетДата
37Титан (Т23)13.01.2007 80Энцелад (Е4)11.08.2008
38Титан (Т24)29.01.2007 88Энцелад (Е5)09.10.2008
39Титан (Т25)22.02.2007 91Энцелад (Е6)31.10.2008
40Титан (Т26)10.03.2007 91Титан (Т46)03.11.2008
41Титан (Т27)26.03.2007 93Титан (Т47)19.11.2008
42Титан (Т28)10.04.2007 95Титан (Т48)05.12.2008
43Титан (Т29)26.04.2007 97Титан (Т49)21.12.2008
44Титан (Т30)12.05.2007 102Титан (Т50)07.02.2009
45Титан (Т31)28.05.2007 106Титан (Т51)27.03.2009
46Титан (Т32)13.06.2007 108Титан (Т52)04.04.2009
47Тефия27.06.2007 109Титан (Т53)20.04.2009
47Титан (Т33)29.06.2007 110Титан (Т54)05.05.2009
48Титан (Т34)19.07.2007 111Титан (155)21.05.2009
49Рея30.08.2007 112Титан (Т56)06.06.2009
49Титан (Т35)31.08.2007 113Титан (Т57)22.06.2009
49Япет10.09.2007 114Титан (Т58)08.07.2009
50Титан (Т36)02.10.2007 115Титан (Т59)24.07.2009
52Титан (Т37)19.11.2007 116Титан (Т60)09.08.2009
53Титан (Т38)05.12.2007 117Титан (Т61)25.08.2009
54Титан (Т39)20.12.2007 119Титан (Т62)12.10.2009
55Титан (Т40)05.01.2008 120Энцелад (Е7)02.11.2009
59Титан (Т41)22.02.2008 121Энцелад (Е8)21.11.2009
61Энцелад (ЕЗ)12.03.2008 122Титан (Т63)12.12.2009
62Титан (Т42)25.03.2008 123Титан (Т64)28.12.2009
67Титан (Т43)12.05.2008 124Титан (Т65)12.01.2010
69Титан (Т44)28.05.2008 125Титан (Т66)28.01.2010
78Титан (Т45)31.07.2008 127Рея (R2)02.03.2010
КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Но совсем недавно у нас на Земле нашлись аналоги необычного рельефа Титана! Это карсты - совокупность процессов, связанных с геологической деятельностью поверхностных и подземных вод. Они выражаются в растворении горных пород, образовании в них пустот, а также своеобразных форм рельефа.
    Сравнивая снимки Белого каньона (White Canyon) в штате Юта, холмов Папуа - Новой Гвинеи и провинции Гуанси в Китае со снимками долин Титана, исследователи наткнулись на потрясающее сходство с областью на Титане, известной как лабиринт Сикун (Sikun Labyrinth us). Она названа в честь планеты Сикун из фантастического произведения «Дюна» американского писателя Фрэнка Герберта.
    Конечно, на Титане жидкий метан и этан заменяют воду, и, возможно, их смеси с более сложными органическими молекулами могут создавать подобие земных глин.
    По словам Карла Митчелла (Karl L. Mitchell) из команды обработки радарных данных Cassini, карстовые ландшафты Титана показывают нам пример того, что даже в данный момент в грунте спутника идут активные процессы, которые пока недоступны нашему взору. По словам ученого, если карсты Титана схожи с земными, то на нем должны существовать мощные пещерные системы!
    Независимый исследователь Майк Маласка (Mike Malaska), химик по профессии и участник сообщества астрономов-энтузиастов на сайте unmannedspaceflight.com, составил трехмерную модель Sikun Labyrinth us.

Sikun Labyrinthus в 3D
КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Маласка обратился к члену команды по изучению радарных данных Cassini Джейни Радебо (Jani Radebough). Она предложила ему обратить внимание на данные, полученные 20 декабря 2007 г. в ходе пролета Т39.
    Маласка изучил их и выделил несколько типов долин. Он обратил внимание на то, что некоторые долины не имеют точек входа или выхода; следовательно, непонятно, куда уходит влажный материал.
    В геологической литературе Маласка обнаружил описание подобных закрытых долин в обычных карстовых провинциях в различных местах на Земле. Он изучил снимки таких мест с помощью хорошо известной программы Google Earth и связался с учеными.
    Вместе они начали создание трехмерной модели и анимации, позволяющей лучше представить изучаемую территорию. Для этого были использованы палитра оттенков, которая была создана по данным посадочного зонда Huygens. Теперь исследователи и любители с нетерпением ждут новых сближений аппарата Cassini с Титаном, которые смогут либо подтвердить, либо опровергнуть карстовую гипотезу. А их предстоит еще не менее 60.
Автор: А. ИЛЬИН, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"

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