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

Метановый Нил

    12 декабря 2012 NASA сообщило об обнаружении на Титане хорошо развитой речной системы, формой и ориентацией напоминающей земной Нил в миниатюре. Речная долина длиной около 400 км попала на радиолокационное изображение северой полярной области Титана, сделанное зондом Cassini 26 сентября 2012 г. Она впадает в Море Кракена (Kraken Маге), которое больше Каспийского, но меньше Средиземного моря Земли.

Cassini сфотографировал Сатурн и Титан в период сезонных изменений. Планета с многочисленными лунами выглядит иначе, чем восемь лет назад, в момент прибытия зонда. Кэролин Порко (Carolyn Рогсо) из Института космических наук в Боулдере комментирует: «В северное полушарие пришла весна, а в южное - осень. Лазурно-голубой цвет, свойственный северному полушарию Сатурна в момент прибытия Cassini в 2004 г., постепенно сходит на нет, зато южное полушарие готовится к приходу зимы, постепенно приобретая голубоватый оттенок». Исследователи отмечают, что голубоватый оттенок связан с уменьшением интенсивности УФ-излучения - с прояснением атмосферы
КАССИНИ: 15 ЛЕТ В КОСМОСЕ!

    Ученые пришли к выводу, что по долине действительно течет река, так как на радиолокационном снимке высокого разрешения по всей ее длине тянется темная полоса. Так должна выглядеть исключительно ровная поверхность жидкого вещества. Разумеется, не воды - роль ее на Титане играют углеводороды, главным образом метан и этан. Смесь этих углеводородов образует озера, моря, реки и даже, по мнению ученых, может формировать водопады. Наполняемость рек, озер и морей жидкостью в большой мере зависит от погоды и осадков.

Метановый Нил
КАССИНИ: 15 ЛЕТ В КОСМОСЕ!

    Река местами образует короткие изгибы, но в целом ее долина достаточно прямая. По мнению профессора Джейни Радебо (Jani Radebaugh) из радиолокационной группы Cassini, она может следовать линии разлома, как и другие большие реки, впадающие в Море Кракена с юга. «Такие разломы, трещины в коре Титана, необязательно означают тектонику плит, как на Земле, тем не менее они приводят к открытию бассейнов и, возможно, к формированию самих гигантских морей», -говорит она. Кстати, реальный земной Нил в некоторых местах также течет вдоль линий разломов.

«Оранжевый туман над нами проплывает...»

    Встречи Cassini с Титаном приносят интересные результаты даже в том случае, если съемки проводятся с большого расстояния. Так, в марте 2012 г. камера ISS позволила увидеть первые признаки формирующейся дымки над южным полюсом спутника, а спектрометр видимого и инфракрасного диапазона VIMS получил ее изображения во время целевых пролетов 22 мая и 7 июня.
    В это время КА находился близко к экваториальной плоскости и заснял обособленную желто-оранжевую полосу подсвеченной дымки. «VIMS обнаружил концентрацию аэрозолей, формирующуюся на высоте около 300 км над южным полюсом Титана, - отметил Кристоф Сотен (Christophe Sotin) из Лаборатории реактивного движения (JPL). -Мы никогда не наблюдали аэрозоли там и на такой высоте - это что-то новое».

Вихрь на южном полюсе Титана
КАССИНИ: 15 ЛЕТ В КОСМОСЕ!

    Самый же красноречивый снимок был получен 27 июня на 168-м витке Cassini, когда с формальной точки зрения пролетов у спутников Сатурна не было вообще. Зато в рамках баллистической схемы этапа «Солнцестояние» наклонение орбиты КА было увеличено, и с расстояния 484000 км камера увидела южное полушарие Титана и вихрь, формирующийся в атмосфере вокруг полюса.
    «Структура внутри вихря напоминает открытую конвекционную ячейку, которую часто можно наблюдать над земными океанами», - отмечает Тони Дель Дженио (Топу Del Genio) из Годдардского института космических исследований. Так называется структура атмосферной циркуляции, в которой воздух опускается вниз в центре и поднимается на краях. Увы, нижние слои атмосферы сейчас не видны, так что о задействованных механизмах судить трудно.

ОРБИТА CASSINI
Последние несколько лет Cassini обращался по экваториальной орбите, наклонение которой к плоскости экватора Сатурна и орбите Титана было невелико. Однако 22 мая 2012 г. аппарат прошел в 955 км над Титаном, и под его гравитационным воздействием скачком увеличил наклонение орбиты с 0.4° до 15.8°. Пролет 7 июня довел наклонение до 21.1°, а встреча 24 июля дала уже 32.2°. Одновременно аппарат попал в резонанс 3:4 по отношению к орбитальному периоду Титана, так что следующий пролет состоялся лишь через три полных витка. 26 сентября наклонение было увеличено до 39.0°, а 13 ноября - до 46.3°. Наконец, после встречи 29 ноября наклонение достигло 53.0°, а период обращения сократился до 13.3 суток. Запланированы еще два пролета, после которых наклонение будет доведено до 61.7°. Это позволит отснять кольца Сатурна в направлении «сверху вниз» и получить данные радиопросвечивания.
ОРБИТА CASSINI

    «В отличие от Земли, где такие слои находятся сразу над поверхностью, в этом случае [вихрь] расположен на очень большой высоте, - говорит Дель Дженио. - Возможно, это реакция стратосферы Титана на сезонное охлаждение, связанное с приближением южной зимы. Но на такой ранней стадии процесса мы в этом еще не уверены».
    В 2004 г., когда Cassini только прибыл в систему Сатурна, его приборы заметили атмосферный вихрь и своеобразный «воротник», или «колпак», высоко над северным полюсом спутника. В то время на севере стояла зима и царствовала полярная ночь, но «воротник» - зона сравнительно плотной высотной дымки - была подсвечена и видна.
    В августе 2009 г. Сатурн и Титан прошли точку равноденствия. Осень пришла в южное полушарие, а сейчас приполярные районы уже живут в условиях ночи. По-видимому, со сменой времени года связано формирование вихря над южным полюсом и начало появления южного «воротника». Возможно, произошло изменение картины циркуляции в верхней атмосфере, и теперь зона опускания формируется над охлаждающимся южным полюсом.

Океан пол поверхностью Титана

    Но и это еще не весь «титанический» улов Cassini: благодаря данным зонда найдено еще одно доказательство существования жидкого океана под поверхностью гигантской луны.
    В апреле 2011 г. группа астрофизиков под руководством Роз-Мари Балан (Rose-Marie Baland) из Королевской обсерватории в Брюсселе (Бельгия), проанализировав наклон оси вращения Титана, момент инерции и некоторые характеристики его орбитального движения, пришла к выводу, что под поверхностью спутника должен существовать океан. В июле 2012 г. исследователи во главе с Лучиано Ессом (Luciano less) из Университета Ла-Сапиенца в Риме (Италия) подтвердили догадку своих коллег исходя из других соображений.
    Титан движется по слегка вытянутой эллиптической орбите с эксцентриситетом 0.028, так что приливное воздействие Сатурна в перицентре сильнее, чем в апоцентре. В результате форма спутника чуть-чуть изменяется, и его гравитационное воздействие на Cassini зависит от точки встречи с земным зондом.

Структура Титана по данным последних исследований
КАССИНИ: 15 ЛЕТ В КОСМОСЕ!

    Группа Есса изучила воздействие Титана на Cassini по записям сигналов передатчика КА, принятых станциями Сети дальней связи NASA в ходе 80 пролетов, в том числе шести близких пролетов Титана в период с 27 февраля 2006 г. по 18 февраля 2011 г. Определяя степень этого воздействия по допплеровскому смещению частоты радиосигнала (отражающему изменения скорости КА), баллистики смогли восстановить информацию о форме Титана и об ее отклонении от равновесной.
    Приливное воздействие оказалось неожиданно сильным: квадрупольный момент отклонялся от статичного на 4%. В пересчете на более понятные величины это означало следующее. Если бы Титан представлял собой твердое тело, приливной «горб» на нем имел бы высоту около 1 м, но измерения показали, что в действительности он достигает 10 м! А значит якобы «твердое» тело Титана в действительности легко деформируется за время порядка восьми суток (половина оборота вокруг Сатурна). Вывод: между ледяной корой и твердой мантией Титана есть слой жидкости. А так как спутник едва ли не на половину состоит изо льда, логично предположить, что этот подледный океан состоит из воды - возможно, с примесью аммиака или его сернокислой соли - сульфата аммония.
    К сожалению, в отличие от подледного океана Европы, который подпитывается горячими гейзерами, океан Титана наверняка слишком холодный и бедный микроэлементами для зарождения в нем живых организмов. Зато он может играть важную роль в метановом цикле планеты, транспортируя молекулы газа из недр спутника на его поверхность вместе с водой во время извержений криовулканов.

Проблемы на борту

    В декабре 2011 г. на борту Cassini возникли проблемы с ультрастабильным генератором USO - основным компонентом системы связи, используемым также в радиоэкспериментах для высокоточного измерения скорости КА и для радиопросвечивания атмосфер Сатурна и его спутников. В сеансе связи 23 декабря сигнал с борта не был принят на станции DSS-43 в Канберре. 25 декабря были отправлены команды с целью исключить USO и использовать дополнительный генератор как источник опорной частоты для бортового сигнала. 27 декабря нормальная связь с Землей была восстановлена.
    В течение нескольких месяцев специалисты NASA «колдовали» над USO, надеясь восстановить его работу. 9 января 2012 г. генератор был выключен и включен вновь - не помогло. 20 января попытались использовать его совместно с передатчиком S-диапазона - и вновь неудача. Ни в этом, ни в стандартном Х-диапазоне сигнал принят не был. 4 июля после многомесячного анализа ситуации пошли на крайнюю меру: включили в первый раз за весь полет второй радиопередатчик DST-B в дополнение к работающему DST-A и стали «играть» частотой наземного передатчика. Передатчик работал нормально, но сигнала с частотой, заданной USO,TaK и не появилось. Причину отказа связывают с возрастом прибора. Напомним, что миссия Cassini была рассчитана на 1997-2008 гг., и он проработал уже четыре года сверх плана.
    Что же касается радиоэкспериментов, то допплеровские данные, необходимые для измерения скорости и анализа гравитационных полей, будут поступать, как и раньше, а вот качество информации при радиопросвечивании будет существенно хуже. Во время радиопросвечивания атмосферы и колец Сатурна 28 июня и 12 августа 2012 г. нужная частота генератора была задана командой с Земли.
    16 марта 2012 г. после продолжительного перерыва включили плазменный спектрометр CAPS. Короткое замыкание с шины высокого напряжения на корпус, которое стало причиной предыдущего выключения прибора в июне 2011 г., не повторилось, и ученые было воспряли духом. Однако 2 июня спектрометр отключился вновь в результате срабатывания автоматического предохранителя, вызванного ростом токопотребления.
    По-видимому, на электронных компонентах в составе прибора появились так называемые «усы» - нитевидные кристаллы, самопроизвольно растущие перпендикулярно поверхности в местах пайки с использованием олова. В данном случае «усы» оказались достаточно большими, чтобы вызвать короткое замыкание.

Сверкающий Энцелал в объятиях Сатурна

    От крупнейшего спутника Сатурна перейдем к меньшим по размеру, но не менее интересным. Энцелад в очередной раз подтвердил статус бриллианта Солнечной системы. Он состоит преимущественно из водяного льда и имеет потрясающе чистую ледяную поверхность с максимальным во всей нашей Солнечной системе альбедо: Энцелад отражает свыше 99% падающего солнечного света.
    Во время пролета 6 ноября 2011 г. установленный на АМС радар с синтезированием апертуры впервые работал по Энцеладу и показал новые подробности желобов недалеко от его южного полюса, а также необычные ледяные структуры. Исследованная область не включала в себя знаменитые «тигровые полосы» с гейзерами, извергающимися из трещин во льду. А вот участок под 63°ю.ш., 51° з.д. очень заинтересовал ученых. Он оказался очень ярким, а следовательно - очень неровным. «Не исключено, что эта область усеяна округлыми ледяными глыбами, - заявил заместитель руководителя радарной команды Стивен Уолл (Stephen D.Wall), - но пока мы не можем понять, как они могли образоваться».

Композитное изображение области Энцелада к югу от 45°ю.ш. В основу положены снимки в ультрафиолетовом, видимом и инфракрасном диапазонах спектра за 2004-2009 гг. На них наложено черно-белое радиолокационное изображение, полученное б ноября 2011 г., - полоса шириной около 25 км с центром в точке 65°ю.ш., 65°в.д. Это изображение тем ярче, чем больше неровности поверхности с характерным размером 2 см (длина волны радара). Видны многочисленные желоба, крупнейший из которых имеет до 75 км в длину и 2-3 км в ширину.
КАССИНИ: 15 ЛЕТ В КОСМОСЕ!

    Ученые также заинтригованы областью около 65° ю.ш., 87° в.д., где впервые удалось увидеть сморщенную, в трещинах, ледяную подложку. По данным измерений, глубина центрального желоба достигает 650 м при ширине 2 км, а угол наклона стенок составляет 33°. Все это напоминает Титан, где очень радиояркими являются обширная область Ксанаду (Xanadu) и, например, территория вокруг кратера Синлап (Sinlap). Однако пока неизвестно, обязаны ли они своей яркостью одним и тем же процессам.
    Кроме того, на базе данных Cassini ученые смогли связать работу гейзеров Энцелада с приливным воздействием Сатурна на спутник. Эту идею выдвинули несколько лет назад Терри Хёрфорд (Terry A. Hurford) из Центра космических полетов имени Годдарда, но лишь сейчас им удалось соотнести конкретные струи с расчетами напряжений в теле Энцелада под действием гравитации планеты.
    В центре внимания ученых находились гейзеры, бьющие из самых теплых областей в пределах трещин Багдад и Дамаск. Специалисты обнаружили, что наибольшее растяжение «тигровых полос» происходит сразу после прохождения Энцелада на минимальном расстоянии от Сатурна. Кроме того, они поняли, что гравитационное воздействие планеты способно деформировать трещину, заставляя один ее край смещаться относительно другого. Такого рода явления, судя по всему, происходят довольно часто, в том числе когда Энцелад находится дальше от планеты. В результате в районе трещины выделяется большое количество тепла и происходит извержение гейзеров.

Трещина Александрия
КАССИНИ: 15 ЛЕТ В КОСМОСЕ!

    Свою работу ученые проиллюстроировали снимками трещины Александрия. Синие стрелки показывают направления сил, которые могут возникнуть вблизи «тигровой полосы»: в различных точках орбиты Энцелада приливные силы либо растаскивают края трещин в стороны, либо заставляют их двигаться относительно друг друга. Красная линия отмечает места, где поверхность может вскрыться.
    Это открытие говорит в пользу гипотезы о том, что на Энцеладе есть большой резервуар жидкой воды (глобальный подледный океан или моря меньшего размера): лишь его наличием можно объяснить достаточную «гибкость» спутника, которая позволяет настолько сильно деформировать его поверхность.

Плазменные кристаллы Энцелала

    Похоже, Энцелад может стать отличной лабораторией для изучения необычных состояний вещества. В данных Cassini ученые Швеции и США видят доказательство наличия около спутника пылевой плазмы. Мы привыкли к экспериментам по изучению этого экзотического состояния на МКС в серии работ «Плазменный кристалл». Теоретические исследования показывали, что вблизи Энцелада пылевая плазма может существовать естественным образом - и вот это предположение удалось подтвердить путем изучения уникальной смеси плазмы, газа и пыли различными приборами Cassini, включая плазменный спектрометр CAPS, магнитометр и аппаратуру регистрации плазменных волн PWS.

КАССИНИ: 15 ЛЕТ В КОСМОСЕ!

    «Это действительно удивительные открытия в области изучения плазмы, - убежден Тамас Гомбози (Tamas Gombosi) из Университета Мичигана, член группы по изучению полей и частиц. - Оно дает нам новую лабораторию для изучения физики плазмы».
    Энцелад является основным источником ионизованного материала, поступающего в магнитосферу Сатурна. Южнополярные гейзеры этого спутника производят около 100 кг водяного пара в секунду - примерно столько же, сколько дает средняя комета. Собственно вырывающийся из-под поверхности материал представляет собой смесь ледяных частиц и нейтрального газа, в основном - водяного пара. Взаимодействуя с плазмой внутри магнитосферы Сатурна, новоприбывшие частицы быстро ионизируются.

А 14 апреля 2012 г. Cassini вновь пролетел на расстоянии около 75 км от Энцелада. Главной целью операции была работа масс-спектрометра INS. Cassini прошел вдоль «тигровой полосы» Багдад, чтобы спектрометр смог «попробовать на вкус» вырывающиеся струи ледяной воды, водяного пара и органических соединений. В это время она находилась в темноте, что не стало препятствием для ИК-спектрометра CIRS, который измерял температуру поверхности. Наконец, как только свет озарил земной зонд, в работу вступила камера ISS. Снимки сделаны в разное время, они немного размыты (ведь зонд не стоял на месте), но все же демонстрируют поверхность в замечательных деталях. К примеру, камера Cassini сняла южный полярный «фонтан» Энцелада под большим фазовым углом: спутник превратился в тонкий полумесяц, а струя оказалась подсвеченной.
Спутник Сатурна Тефия
 
После встречи с Энцеладом Cassini пролетел в 9100 км от Тефии (два снимка). Более тесным сближение было только в сентябре 2005 г., когда аппарат подошел на 1500 км и сфотографировал сторону, обращенную к Сатурну. На этот раз зонд уделил внимание противоположной стороне, получив ее наиболее детальные изображения. Из 22 снимков была составлена полная мозаика этого полушария, самой заметной чертой которого является гигантский ударный кратер Одиссей
КАССИНИ: 15 ЛЕТ В КОСМОСЕ!

    В ходе четырех пролетов зонда около Энцелада в 2008 г. удалось установить, что общая плотность плазмы в области выброса материи гейзерами Энцелада достаточно высока, но при этом количество электронов оказалось заметно ниже, нежели ионов, как в области «фонтана», так и в кольце Е. Это была загадка, ключ к расшифровке которой дало распределение заряженных частиц по размерам. Выяснилось, что, помимо обычных электронов и ионов, в плазме присутствуют частицы больших размеров. Диапазон их простирается от небольших кластеров молекул воды - всего несколько штук - до клубков в десятки и тысячи молекул, достигающих в размере нанометров и даже микрометров. Судя по всему, эти сгустки захватывают и удерживают на поверхности электроны, причем лишь от 10 до 50% электронов остается в свободном состоянии.
    Как минимум половина электронов захвачена частицами ледяной пыли, и их взаимодействие с положительно заряженными ионами приводит к замедлению последних. Пыль же оказывается заряжена и ведет себя, как часть плазменного облака, что и отличает ситуацию от обычного состояния, когда пыль просто присутствует в плазме.
    «Если не считать измерений в верхних слоях земной атмосферы, пылевая плазма пока что не наблюдалась в космосе», - обращает внимание Митико Мороока (Michiko Morooka) из Шведского института космической физики в Кируне, ведущий автор публикации, заместитель научного руководителя экспериментов по плазменным волнам и радиопросвечиванию на Cassini.

2 мая 2012 г. АМС Cassini сблизилась с Энцеладом, опять увидев его знаменитые гейзеры. Они бьют из «тигровых полос», четырех трещин в районе южного полюса спутника.
КАССИНИ: 15 ЛЕТ В КОСМОСЕ!

    Парадоксально, но вблизи Энцелада положительно заряженные ионы оказываются сравнительно легким компонентом плазмы, а отрицательно заряженные сгустки - тяжелым компонентом, в противоположность обычному положению вещей, при котором электроны в тысячи раз легче, нежели лишившиеся их положительно заряженные атомы.
    В пылевой плазме условия идеальны для того, чтобы пыль участвовала в коллективном поведении плазмы. Это усложняет структуру плазмы, сильно меняет ее свойства и создает совершенно новый природный феномен. Пылевая плазма, как ожидается, должна существовать в хвостах комет и в пылевых кольцах около Солнца, но возможность изучить эту плазму ученым представляется очень редко.
    Сопутствующее исследование, основанное на данных плазменного спектрометра CAPS, показало присутствие в пылевой плазме наночастиц с единичным отрицательным зарядом - то есть имеющих один лишний электрон. Интересно, что при разработке и изготовлении прибора о существовании таких классов частиц и не подозревали, что не помешало CAPS их обнаружить. На это обратил внимание ведущий автор второй работы Том Хилл (Tom Hill) из Университета Райса в Хьюстоне.
    Разобраться в природе плазмы, создаваемой гейзерами Энцелада, позволили два фактора: взаимно дополняющие характеристики различных приборов Cassini и долгое время сбора данных, ведь зонд пребывает внутри магнитосферы Сатурна с 2004 г. Так, после первоначального обнаружения выбросов с Энцелада по магнитометрическим измерениям Свен Симон (Sven Simon) из Кёльнского университета и Хендрик Кригель (Hendrik Kriegel) из Университета Брауншвейга обнаружили, что изменения в магнитосфере газового гиганта требуют присутствия в «фонтане» отрицательно заряженных пылевых частиц. Их теоретические изыскания были опубликованы в апреле и октябре 2011 г., а теперь эти частицы найдены.

Эти изображения лун Сатурна - Энцелада, Дионы и Януса - были получены Cassini 27 и 28 марта 2012 г. 27 марта Cassini прошел на расстоянии 74 км от поверхности Энцелада. Основную работу во время встречи выполнял масс-спектрометр ионов и нейтральных частиц INS, который «попробовал» состав шлейфа беспокойной луны. После встречи с Энцеладом Cassini пошел на сближение с Янусом, а рано утром 28 марта прошел недалеко от Дионы: в обоих случаях на дистанции 44000 км.
 
КАССИНИ: 15 ЛЕТ В КОСМОСЕ!

    Далее, из анализа данных спектрометра INS уже давно следовал сложный состав выбрасываемого гейзерами материала, а анализатор космической пыли CDA указал на высокое содержание солей натрия. Это, в свою очередь, указывает на наличие воды под поверхностью Энцелада, так как подобные соли образуются в жидкой воде.
Автор: А. ИЛЬИН, "НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ"

www.geiminator.com - без смс сегодня без регистрации на деньги онлайн сейчас.
2005 - , Проект "Исследование Солнечной системы"
Открыт 15.12.2005, E-mail: lobandrey@yandex.ru