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

Космический аппарат "Cassini", 2006

Новые данные о Титане

    8 декабря 2005 г. в журнале Nature группа исследователей ЕКА опубликовала серию статей о результатах исследования спутника Сатурна Титана европейским зондом Huygens. Как известно, этот аппарат был доставлен в систему Сатурна на борту американской станции Cassini и 14 января 2005 г. совершил успешную посадку на поверхность Титана.

Аппарат Кассини
КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    За прошедший год исследователи смогли аккуратно обработать результаты измерений во время спуска и на поверхности и сопоставить их. Ниже мы попытаемся изложить основные и наиболее интересные сведения, ставшие известными к настоящему моменту.

Спуск

    Ранее была подробно описана вся хронология событий: вход в атмосферу, проведение научных экспериментов на спуске, посадка и работа на поверхности. Учитывая то, что в процессе обработки первоначальные данные корректировались, мы решили представить фактическую последовательность событий при посадке на Титан (см. таблицу).

Аппарат Кассини
КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ


Huygens в атмосфере Титана 14 января 2005 г.
Бортовое время, UTC
Время по таймеру
Событие
04:41:18
Т-04:29:03
Включение питания зонда
06:50:45
Т-02:19:56
Включение бортовой авионики
09:05:53
Т-00:04:28
Условная граница атмосферы на высоте 1270 км
09:10:21
Т+00:00:00
Начало цикла посадки
09:10:23
Т+00:00:02
Ввод основного парашюта
09:10:53
Т+00:00:32
Отделение лобового экрана
09:11:06
Т+00:00:45
Включение передатчиков зонда
09:11:11
Т+00:00:50
Отстрел крышки входного канала масс-спектрометра и газового хроматографа GCMS
09:11:19
Т+00:00:58
Отстрел крышки выходного канала прибора GCMS
09:11:23
Т+00:01:02
Выдвижение штанги прибора HASI для исследования атмосферы
09:11:27
Т+00:01:06
Отстрел крышки десантной камеры DISR
09:12:51
Т+00:01:30
Отстрел крышки анализатора аэрозолей ACP
09:25:21
Т+00:15:00
Ввод стабилизирующего парашюта
09:42:17
Т+00:31:56
Включение радиовысотомеров
11:36:06
Т+02:25:45
Включение посадочной фары
11:38:11
Т+02:27:50
Посадка на поверхность
12:50:24
Т+03:40:03
Прекращение приема на станции Сassini
13:37:32
Т+04:27:11
Выключение бортовой авионики зонда
14:53
Т+05:43
Потеря сигнала зонда радиотелескопом Паркс
УТОЧНЕННАЯ ЦИКЛОГРАММА СПУСКА НА ТИТАН

    А теперь представим воссозданную картину события со всеми доработками и изменениями. Итак, зонд вошел в атмосферу Титана под углом - 65.4° (угол между горизонтом и вектором скорости) на высоте 1270 км. Ввод основного парашюта прошел на высоте 155 км, а при спуске до 113 км вместо него был раскрыт стабилизирующий парашют.
    Соответственным образом вела себя вертикальная скорость: в течение первых 15 минут она снизилась с 50 до примерно 35 м/с, затем скачком увеличилась до 75 м/с и постепенно замедлилась до 5 м/с. Скорость вращения зонда при входе составила 7.5 об/мин (против часовой стрелки) и соответствовала расчетной. После ввода основного парашюта вращение замедлялось намного быстрее, чем ожидали. Примерно через 10 мин после раскрытия купола направление вращения изменилось на противоположное (ученые пока не могут объяснить этот феномен!), еще через 12 мин его скорость дошла до 9.5 об/мин, а затем вращение замедлялось вплоть до посадки.

Аппарат Кассини
График изменения скорости вращения зонда при спуске
КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ


Аппарат Кассини
График изменения вертикальной скорости и высоты
КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    Горизонтальное движение зонда под парашютом определялось ветрами, которые на всех высотах дули преимущественно в направлении вращения спутника вокруг своей оси (с запада на восток). До высоты примерно 55 км его удавалось контролировать по допплеровскому изменению частоты радиосигнала, а ниже – определить по последовательным снимкам десантной камеры. На высоте 120 км скорость ветра достигала 125 м/с и снижалась по мере спуска, за исключением зоны от 100 до 60 км, где неожиданно был обнаружен слой сильных ветров. При спуске с 50 до 30 км скорость ветра уменьшилась с 28 до 10 м/с, а на высоте 7 км была практически нулевой. Ниже слабый ветер задул в противоположном направлении (с востока на запад), достиг 1 м/с на высоте 2–3 км и стих до 0.3 м/с у поверхности.
    В начале спуска зонд снижался в общем направлении на востоко-северо-восток, но уже через полчаса направление было почти восточным с небольшим отклонением к югу. На высоте около 7 км со сменой ветра аппарат также изменил направление и в течение последних 15 мин спуска дрейфовал в северо-западном направлении.
    Через 2 час 27 мин 49.840 сек после начала посадочного цикла Huygens совершил посадку в точке с координатами 10.34° ю.ш., 192.34° з.д. с отклонением от расчетной точки около 7 км. Вертикальная скорость в момент касания была 4.6 м/с. Huygens погрузился в грунт примерно на 10 см и опустился еще на несколько миллиметров за следующий час. Угол наклона аппарата после посадки составил 10.3°.

Атмосфера

    Акселерометр «почувствовал» атмосферу Титана на высоте около 1500 км, когда ее тормозящее действие превысило порог чувствительности прибора. На основе данных акселерометра был составлен структурный профиль атмосферы Титана на высотах от 1400 до 155 км, выявивший ее неожиданно высокую плотность на высоте более 500 км и заметные колебания температуры с высотой между 1000 и 500 км, соответствующие шести инверсионным слоям.
    Ниже были проведены прямые измерения температуры и давления – и полученные данные оказались близки к тем, которые получил Voyager 1 в ноябре 1980 г. Было подтверждено наличие мезопаузы, стратопаузы и тропопаузы; максимальная температура (186 К) была отмечена на высоте 250 км, а минимальная (70.4 К) – на 44 км.
    На высоте 60 км зонд обнаружил максимум плотности электронов – ионосферный слой, образовавшийся под действием галактических космических лучей; модели предсказывали его, но выше – на 70–90 км. Одной из задач аппаратуры зонда при спуске был поиск разрядов молний. На этот счет сообщения исследователей противоречивы. Одни говорят, что атмосфера Титана оказалась безмолвной, и делают вывод, что химические процессы в атмосфере управляются преимущественно УФ-излучением Солнца, а не атмосферными разрядами. Другие утверждают, что измерения не противоречат предположению о регистрации грозовых разрядов.
    На протяжении всего спуска «Гюйгенс» регистрировал атмосферную дымку, что противоречило теоретической модели. По предположению ученых, «туман» должен был рассеяться в нижних слоях стратосферы, однако он присутствовал и на высотах ниже 60 км, но был более прозрачным: это не помешало получить достаточно четкие снимки поверхности с высот от 40 км и ниже. По ходу спуска аппарат пересек границу между светлой и неровной местностью (лед?) и темной и плоской территорией, на которую и сел.

Аппарат Кассини
Направление и скорость ветров во время спуска
КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    Забор и анализ образцов атмосферы Титана начался на высоте около 150 км. Как и предполагалось, основными ее составляющими, помимо азота, оказались метан и аргон. Следует отметить, что в определенных химических процессах в атмосфере метан должен утрачиваться за время порядка 20 млн лет; тот факт, что он присутствует в атмосфере и его много, говорит о постоянной подпитке ее метаном из открытых или подземных метановых водоемов.
    «Гюйгенс» подтвердил, что в атмосфере Титана и на взвешенных в ней аэрозолях происходят сложные органические процессы, и обнаружил в атмосфере такие углеводородные соединения, как метилацетилен, диацетилен, дивинил и бензол.
    Приборы «Гюйгенса» также обнаружили радиогенный изотоп аргона 40Ar, правда, в очень малых количествах – в пропорции 43 части на миллион. Ранее его уже «увидел» спектрометр INMS на борту Cassini. Образуется он из радиоактивного калия 40K, который должен присутствовать в составе пород Титана, и попадает в атмосферу за счет криовулканической активности Титана. Правда, если бы темпы «производства» аргона в породах планеты и выхода на поверхность были как на Земле, в атмосфере было бы этого изотопа раз в 10 больше.

Аппарат Кассини
Результаты спектрометрических измерений на спуске. Представлены состав атмосферы на высоте 120–130 км (вверху) и у поверхности (внизу), а также данные по инертным газам (в середине).
КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    Забегая вперед, скажем, что 40Ar был обнаружен и на поверхности Титана. Ученые объясняют его наличие там следующим образом: образующиеся вследствие процесса фотолиза ацетилена атмосферные взвеси «захватывают» молекулы этого инертного газа. Аэрозоли с течением времени оседают на поверхность Титана и таким способом частично «очищают» атмосферу от него. В атмосфере был также найден и «первичный» изотоп аргона 36Ar, но сюрпризом для ученых стало отсутствие в атмосфере аргона 38Ar и инертных газов ксенона Xe и криптона Kr. Этот факт, несомненно, станет поводом для пересмотра представлений об образовании и эволюции атмосферы Титана.

Аппарат Кассини
Оседание аэрозолей на поверхность Титана
КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    Большим успехом можно считать то, что были измерены отношения массовых долей изотопов углерода C, азота N и H/D (водород/дейтерий) – это позволит проследить «сценарий» образования атмосферы. Анализ соотношения изотопов 12C/13C не выявил активной биологической деятельности.

Аппарат Кассини
КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    За считанные секунды до посадки с помощью спектрометров удалось установить, что концентрация метана на высоте 20 м составляет 4.9%. Это в три раза выше, чем в стратосфере (1.6%), и указывает на то, что метан конденсируется у самой поверхности. Кстати, «относительная влажность» по метану составляла 50%.

Поверхность

    Температура атмосферы у поверхности оказалась равной 93.65 К (-179.5°С), давление – 1467.6 мбар (около 1.45 атм). На основе данных с газового хроматографа/масс-спектрометра GCMS было установлено, что «Гюйгенс» сел на участок поверхности, где грунт (грязный водяной лед) пропитан метаном и имеет консистенцию мокрого песка. (При спуске по анализу спектра некоторых участков поверхности был также обнаружен водяной лед, связанный с неустановленным веществом.)
    В окрестностях посадки были замечены «камни» из водяного льда диаметром до нескольких сантиметров. Вследствие нагрева от аппаратуры зонда метан начал испаряться (см. график), и в испаряющемся газе были обнаружены бензол C6H6, дициан C2N2 и углекислый газ CO2, которые в малых количествах (например, CO2 – 345 частей на 1000000) присутствуют и в атмосфере.

Аппарат Кассини
Панорамная мозаика поверхности Титана с высоты 1.2 км. Пунктиром отмечена траектория спуска зонда, крестиком – место посадки
КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    Самой поразительной деталью на первых снимках поверхности Титана были отчетливые речные долины. Ученые осторожно называют их «дренажными каналами» и разделяют на два типа. Первый – каналы с крутыми склонами шириной от 100 до 200 м и глубиной от 50 до 100 м, ветвящиеся сквозь яркие возвышенные области. Предполагается, что их «прорезают» быстротекущие «ручьи» из жидкого метана. Второй тип – это короткие и толстые каналы, которые в большинстве своем начинаются (или заканчиваются) в темных областях округлой формы. Вероятнее всего, их источниками являются родники.

КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ
Как известно, вследствие сбоя на орбитальном аппарате Cassini при приеме данных по каналу А зонда Huygens была утеряна почти половина полученных снимков (около 350 изображений). Частично потерянные данные заменила регистрация сигнала канала А на Земле Всемирной сетью радиотелескопов. По уточненной информации, после того как станция Cassini ушла из зоны радиовидимости, зонд передавал данные еще по крайней мере 3 час 14 мин! После проведенной обработки телеметрических данных специалисты пришли к выводу, что свой ресурс аккумуляторные батареи «Гюйгенса» должны были выработать примерно через 17 мин после того, как сигналы с зонда перестал принимать австралийский радиотелескоп Паркс.
КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    Данные с приборов зонда пока не обработаны полностью, однако уже очевидно, что на поверхности Титана (и вероятно, под нижележащими слоями) происходят сложные химические процессы, равно как и в атмосфере.
Автор: П. ШАРОВ, НОВОСТИ КОСМОНАВТИКИ 

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