25 декабря 2004 в 03:08 UTC (19:08 PST)* было выполнено успешное отделение европейского зонда Huygens от американской автоматической межпланетной станции Cassini. В точно рассчитанное время сработали пирозаряды, и под действием выталкивающей силы шести пружин зонд отделился от станции и начал 3х-недельный самостоятельный перелет к своей цели – Титану. Приращение линейной скорости составило 0.3 м/с, угловая скорость – 7 об/мин. Через 16 мин после этого Cassini уже развернула остронаправленную антенну к Земле, и данные об успешном разделении были приняты станциями Сети дальней связи под Мадридом (Испания) и в Голдстоуне.

Снимок удаляющегося зонда, сделанный через 12 часов после его отделения от Cassini

КАССИНИ НА ОРБИТЕ САТУРНА

    25 декабря в 14:38 UTC, примерно через 12 часов после отделения зонда, широкоугольной камерой Cassini был получен снимок удаляющегося «Гюйгенса», который находился уже в 52 км от аппарата (яркость и контраст снимка увеличены). Несмотря на маленькое разрешение снимка (размер зонда уже уменьшился до нескольких пикселей), он был очень ценным: по положению зонда среди звезд специалисты уточнили фактическую траекторию Гюйгенса после отделения и пересчитали его положение относительно станции во время последующего входа в атмосферу Титана и спуска.

* Здесь и далее приводится время приема сигнала на Земле (а для тех операций, во время которых передатчик станции не работал, – время, когда сигнал достиг бы Земли от Сатурна).

    21 ноября Cassini прошел апоцентр своей орбиты, а накануне, 20 ноября, был выполнен маневр подъема перицентра OTM-6, обеспечивший второй пролет Титана 13 декабря. 23 ноября состоялся 16-й «техосмотр» зонда, который и стал последним перед отделением от аппарата. Как показала проверка «здоровья» «Гюйгенса», вся его аппаратура находилась в отличном состоянии. 5 декабря была успешно проведена вторая депассивация аккумуляторных батарей зонда (первая состоялась 19 сентября). Ее задачей было удаление тонкой пленки с поверхности электродов внутри аккумулятора.
    На 9 декабря в 22:14 UTC планировалась коррекция траектории OTM-7, которая должна была обеспечить необходимые условия для встречи с Титаном 13 декабря. Однако баллистический прогноз показал, что в этой коррекции нет необходимости, и 7 декабря она была отменена. После пролета Титана (см. ниже), 17 декабря в 02:30:11 UTC была выполнена коррекция OTM-8, называемая также «маневр прицеливания зонда» (Probe Targeting Maneuver, PTM), которая вывела станцию на траекторию встречи с Титаном на следующем витке для сброса «Гюйгенса». Выданный маршевым двигателем импульс длился 84.9 сек и обеспечил приращение скорости 11.9 м/c (расчетные величины – 85.1 сек и 11.937 м/с).
    19 и 20 декабря на борт Cassini была заложена программа ретрансляции данных с «Гюйгенса» во время подхода к Титану и спуска в его атмосфере. Затем на борту зонда было активировано программно-временное устройство, которое должно «разбудить» всю аппаратуру «Гюйгенса» в строго заданный момент, на высоте 1270 км над поверхностью Титана и непосредственно перед входом зонда в его атмосферу 14 января 2005 г.
    22 декабря, за трое суток до отделения «Гюйгенса», состоялась еще одна коррекция траектории OTM-9, целью которой было обеспечить необходимые условия для сброса зонда 25 декабря. Импульс, выданный двигателями малой тяги, начался в 02:00 UTC и длился 18.8 сек, при этом приращение скорости составило всего 0.02 м/с!
    28 декабря в 01:44 UTC Cassini выполнил маневр отклонения ODM (Orbiter Deflection Maneuver; он же – коррекция траектории OTM-10). До него станция находилась, как и зонд Huygens, на траектории попадания в Титан; после – вернулась на пролетную траекторию. Второй и не менее важной задачей этого маневра стало обеспечение условий ретрансляции данных с зонда во время его посадки и работы на поверхности Титана. Для этого станция была переведена на траекторию с минимальным расстоянием 60000 км: эта дистанция будет отделять Cassini от Титана через два часа после входа «Гюйгенса» в верхние слои атмосферы спутника. Маршевый двигатель отработал 153.4 сек, обеспечив приращение скорости 23.7 м/с.
    13 декабря в 12:46 UTC по времени приема сигнала (или в 11:38 UTC по бортовому времени) станция Cassini совершила второй целевой пролет Титана на высоте 1200 км с относительной скоростью 6.1 км/с. В плане полета он обозначался Titan B*; пролет 26 октября имел обозначение Titan A, а первая встреча с Титаном 3 июля – Titan 0. Основной целью пролета Titan B, помимо формирования рабочей орбиты вокруг Сатурна, было измерение толщины атмосферы Титана. С помощью полученной информации ученые планируют, во-первых, проверить точность данных об атмосфере, используемых при планировании спуска зонда и заложенных в бортовой компьютер «Гюйгенса», и, во-вторых, установить безопасную границу высоты последующих пролетов Титана станцией Cassini. (Те данные, которые были в руках навигационной группы после пролета Titan A, уже заставили отказаться от снижения до высоты 950 км над Титаном на 5-м и 7-м витках и запланировать вместо этого пролет на высоте 1025 км.)

* До недавнего времени расчетная высота пролета Titan B была 2358 км. Однако когда в план работы на этом витке включили встречу с Япетом, геометрия сближения с Титаном была изменена.

    Прием информации с Cassini начался около полуночи 13 декабря (по Гринвичу). В ходе пролета были получены прямые доказательства меняющихся погодных условий в небе над Титаном. На Землю были переданы уникальные снимки ночной стороны Титана, сделанные в УФ-диапазоне. На них довольно четко видно свечение атмосферы спутника (лимба), что позволит ученым более тщательно исследовать многослойную структуру тумана в атмосфере, простирающуюся на 400 км над поверхностью Титана.

В ходе пролета были получены доказательства меняющихся погодных условий в небе над Титаном.

КАССИНИ НА ОРБИТЕ САТУРНА

    Как известно, на снимках, полученных при первом пролете 26 октября 2004 г., облачности в атмосфере Титана не наблюдалось, за исключением группы облаков у южного полюса спутника. И вот менее чем за два месяца картина изменилась: на снимках, полученных 13 декабря, уже можно разглядеть несколько протяженных групп облаков. «Впервые мы можем наблюдать прерывистые облачные структуры на средних широтах Титана, что свидетельствует об изменении погоды. Мы можем измерить скорости ветров и атмосферные циркуляции над той областью, которая оставалась нами не изученной», – сказал Кевин Бейнс (Kevin Baines), член научной группы Cassini и специалист по спектрометру VIMS.
    - Плазменный спектрометр CAPS исследовал верхние слои ионосферы и собирал научные данные после прохождения аппаратом плазменного следа Титана.
    - Композиционный ИК-спектрометр CIRS с использованием детекторов среднего ИК-диапазона проводил двухчасовое изучение стратосферы Титана на наличие новых молекул. Впоследствии эти данные будут дополнены путем применения детекторов дальнего ИК-диапазона (которые использовались при первом целевом пролете) для исследования на более длинных волнах. По этим данным планируется составить температурную карту стратосферы Титана.
    - Камеры видовой научной подсистемы ISS проводили съемку места будущей посадки зонда и районов с высокой отражающей способностью.
    - Магнитометр MAG занимался изучением влияния набегающих потоков плазмы на высокодинамичные внешние слои магнитосферы.
    - Картирующий спектрометр MIMI проводил исследования экзосферы Титана с применением съемки в режиме ENA, а также изучал состав заряженных частиц в пространстве вблизи Титана.
    - Спектрометр радио- и плазменных волн RPWS определял плотность и температуру электронов в ионосфере Титана, искал свидетельства «захвата ионов» в магнитосфере и радиоизлучения от Титана, а также занимался поиском разрядов молний в ионосфере Титана.
    - Видовой спектрометр UVIS наблюдал два покрытия звезд Титаном, что позволит определить вертикальный профиль распределения метана в верхних слоях атмосферы.
    - Видовой спектрометр видимого и ИК-диапазона VIMS производил наблюдения поверхности Титана под малыми фазовыми углами, исследовал образование и эволюцию облаков, а также занимался поиском разрядов молний и изучением свечения атмосферы.
    28 октября станция Cassini совершила дальний пролет Тефии на расстоянии 256000 км. По предположению ученых, плотность этого небесного тела диаметром 1060 км очень близка к плотности воды, поэтому очень вероятно, что Тефия большей частью состоит из водяного льда. Эту загадку станция Cassini попытается разгадать при следующем, более близком пролете Тефии в сентябре 2005 г.
    А 15 декабря с расстояния около 560000 км узкоугольной камерой Cassini был сделан довольно детальный снимок Тефии, на поверхности которой можно видеть огромный разлом, который получил название каньон Итака (Ithaca Chasma). Он простирается почти на три четверти видимого диска спутника, и его ширина в некоторых местах достигает 100 км. Рядом с ним выделяется большая впадина, структура которой состоит из нескольких колец. Ее внутреннее кольцо имеет около 130 км в диаметре. Поверхность Тефии просто испещрена кратерами различного размера, что свидетельствует о древности ее происхождения.

Гигантский разлом на Тефии, каньон Итака. В ширину достигает 100 км, по длине 1060 км.

КАССИНИ НА ОРБИТЕ САТУРНА

    14 декабря в 02:52 UTC станция Cassini совершила пролет Дионы на расстоянии 72500 км. Съемочная группа Cassini была потрясена сложностью структуры рельефа Дионы на стороне, противоположной Сатурну. В частности, сюрпризом для ученых стало то, что эта область состоит не из толстого слоя льда, а представляет собой яркие ледовые обрывы, образованные тектоническими разломами. «Это один из самых больших сюрпризов, мы ожидали совсем другого», – говорит д-р Кэролин Порко (Carolyn Porco), руководитель съемочной команды из Института космических наук в Боулдере. Вся научная информация, полученная в ходе пролетов станцией Cassini Титана и Дионы, была представлена 16 декабря на конференции в Сан-Франциско в ходе осенней сессии Американского геофизического общества. Кроме этого, на конференции были показаны и другие результаты, в частности отчет по наблюдениям «пустого» пространства в системе Сатурна видовым спектрографом UVIS. Полученные данные указывают на то, что пространство вблизи колец Сатурна и его спутников наполнено частицами льда и атомами, являющимися продуктами распада воды.

Сложная структура поверхности Дионы

КАССИНИ НА ОРБИТЕ САТУРНА

    В ночь с 31 декабря на 1 января Cassini сблизился с Япетом до расстояния 123390 км. Этот спутник имеет сферическую форму и является третьей по величине луной Сатурна (его диаметр составляет около 1436 км). Уникальная особенность Япета – в том, что два его полушария очень сильно отличаются по своей отражающей способности – всего 4% в темной области Кассини и более 60% в светлых районах. В ходе новогоднего пролета Cassini передал на Землю уникальные снимки, на которых была запечатлена многообразная и сложная структура поверхности этой луны. На составленной из снимков мозаике четко виден экваториальный хребет, протяженность которого составляет около 1300 км, а высота достигает 20 км (съемка велась с расстояния 172400 км). Ни один спутник в Солнечной системе не имеет подобного геологического строения, поэтому эти кадры вызвали жаркие дискуссии в кругах ученых относительно образования такого ландшафта на Япете. На снимках, полученных при пролетах, запечатлена область поверхности спутника, ранее никогда не наблюдавшаяся, и на ней видно, что полосы темного вещества утончаются и становятся пятнами в более высоких широтах. Это свидетельствует в пользу предположения, что темное вещество покрыло более древнюю поверхность Япета, но было ли оно извергнуто из глубин самого спутника или осело на него во время движения по орбите – не известно. Возле границы темного и светлого полушарий также видны кратеры со светлыми склонами.

Загадочное темное вещество на Япете

КАССИНИ НА ОРБИТЕ САТУРНА

На мозаике четко виден экваториальный хребет, протяженность которого составляет около 1300 км

КАССИНИ НА ОРБИТЕ САТУРНА

    Близкий пролет Япета (на высоте около 1000 км) должен состояться 10 сентября 2007 г., и тогда разрешение снимков будет в 100 раз превосходить нынешнее. Не исключено, что через три года многие тайны Япета будут разгаданы…
    Но вернемся к «Гюйгенсу». В процессе полета к Титану зонд будет находиться в «спящем» режиме, но в строго заданный момент – 14 января 2005 г. в 11:04 UTC – на высоте всего 1270 км он будет «разбужен» программно-временным устройством. Затем «Гюйгенс» совершит спуск в атмосфере Титана, который, согласно расчетам, должен занять около 2–2.5 часов, и опустится на его поверхность. Вот только что она будет собой представлять, никто не берется утверждать: это может быть либо твердый скалистый грунт, либо углеводородное озеро или океан, либо что-то среднее, напоминающее грязь.
    Кроме станции Cassini, наблюдать за входом зонда Huygens в атмосферу Титана будут наземные радиотелескопы Национальной радиоастрономической обсерватории NRAO Национального научного фонда США. Привлечение дополнительных средств для прямого наблюдения за «Гюйгенсом» позволит международному сообществу ученых извлечь максимально возможный объем информации об этом историческом событии. В ходе спуска в атмосфере Титана слабый сигнал от зонда (10 Вт) с расстояния 1.22 млрд км будут регистрировать телескоп Грин-Бэнк (GBT, Green Bank Telescope) в Западной Вирджинии и восемь из десяти телескопов радиоинтерферометра VLBA (Very Long Baseline Array), расположенные в западной части США и на Гавайях. Кроме этого, за зондом будут следить радиотелескопы в Китае, Японии и Австралии. Каждая группа специалистов будет сосредоточена на определенной задаче: так, европейские ученые будут использовать данные с радиотелескопов для вычисления с большой точностью координат зонда в ходе его спуска, а американцы сконцентрируют свое внимание на измерении скорости спуска «Гюйгенса» и направлении его движения. Данные, полученные с помощью наземных радиотелескопов, также окажут большую помощь при исследовании атмосферных ветров на Титане. В настоящее время ученые мало знают об этих ветрах.

120-километровый кратер внутри огромной депрессии диаметром 600 км на Япете

КАССИНИ НА ОРБИТЕ САТУРНА

    Измерение величины допплеровского смещения радиосигналов от «Гюйгенса», которое будет сделано аппаратурой Cassini, должно дать важную информацию относительно ветров в направлениях запад-восток. Этот эксперимент будет проведен специалистами из Боннского университета во главе с Майком Бердом (Mike Bird). А ученые из Лаборатории реактивного движения (JPL) с помощью наземных радиотелескопов измерят допплеровское смещение сигналов зонда относительно Земли, что позволит получить необходимые данные о ветрах в направлениях север-юг. Другая научная группа, возглавляемая специалистами Объединенного института европейского интерферометра JIVE (г.Двингелоо, Нидерланды), будет использовать всемирную сеть, объединяющую телескопы NRAO и другие радиотелескопы, чтобы отслеживать траекторию движения зонда с беспрецедентной точностью – всего лишь 1 км с расстояния в миллиард раз большего! Как сказал Леонид Гурвиц, участник эксперимента из JIVE, «это как если с вашего двора наблюдать за шариком при игре в настольный теннис на Луне!».
    Ученые из JPL воспользуются аппаратурой из состава своей Сети дальней связи – специальными приемниками, один из которых будет временно передан радиотелескопу GBT, а другой – радиоастрономической обсерватории Паркс. Эти приемники аналогичны тем, которые использовались для обеспечения связи с марсоходами Spirit и Opportunity при их посадке на Марс и при выходе Cassini на орбиту вокруг Сатурна, когда приходящие радиосигналы были очень слабыми.
    Применение наземных радиотелескопов в подобных случаях – дело неновое. Так, в декабре 1995 г. при входе в атмосферу Юпитера зонда станции Galileo специалисты JPL использовали радиотелескоп VLA в штате Нью-Мексико для прямого сопровождения зонда по его несущей частоте. По данным VLA ученые смогли с большой точностью провести измерение скорости юпитерианских ветров.

---