1 июля 2004 г., американская межпланетная станция Cassini вышла на орбиту вокруг Сатурна, обозначив этим событием начало новой эпохи исследований планеты-гиганта и его спутников.
    За два года станция передала на Землю ценнейшие данные, которые существенно расширили представления ученых о системе Сатурна. В частности, удалось детально исследовать атмосферу Сатурна и структуру его колец, получить новые детальные изображения лун Сатурна – Энцелада, Япета, Дионы, Тефии и других, всесторонне исследовать в ходе 17 пролетов самый загадочный из всех спутников – Титан.

КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    14 января 2005 г. в атмосферу Титана вошел зонд Huygens, который после 2.5-часового спуска сел на поверхность и передал оттуда сенсационные снимки. Cassini отработал на орбите вокруг Сатурна ровно половину своей расчетной миссии в системе Сатурна, которая рассчитана на период до 30 июня 2008 г. Правда, средства Сети дальней связи NASA для работы с аппаратом уже зарезервированы до июня 2010 г., и, если до этого Cassini не выйдет из строя, руководители проекта придумают для станции дополнительные научные задачи и подготовят соответствующую программу исследований.
    А пока полет Cassini продолжается, и 1 июля 2006 г. станция совершала свой 25-й виток вокруг Сатурна. Все ее бортовые системы и приборы находились в отличном состоянии. Полный объем информации, полученный с Cassini на Земле за эти два года, настолько огромен, что рассказать обо всем просто не представлялось возможным. Мы периодически публиковали самые неожиданные и интересные, на наш взгляд, открытия, которые делал Cassini. Будем поступать так и впредь и вести «летопись» происходящего в системе Сатурна. Ниже мы расскажем о таких событиях в период с октября 2005 г. по июль 2005 г. включительно.
    27 октября 2005 г. в журнале Nature члены съемочной команды Cassini опубликовали статью, где были представлены новые данные о тонком внешнем кольце F Сатурна. Это кольцо изо льда, а точнее из рыхлого снега, «знаменито» тем, что оно содержит такие необычные структуры, как «узлы», «петли» и «утолщения». Над их происхождением ученые долго ломали голову, и вот, похоже, они выяснили, в чем причина.
    По снимкам, полученным станцией Cassini, удалось определить, что гравитационное воздействие на кольцо F, оказываемое внутренним «спутником-пастухом» Прометеем, вызывает в нем «деформации» в виде ленточек и других подобных структур из вещества кольца, которые временно соединяют маленький спутник с кольцом. На основе данных Cassini ученые промоделировали механизм, согласно которому Прометей, диаметр которого близок к 100 км, регулярно (каждые 14.7 час) приближается к кольцу F.
    Его гравитационное воздействие заставляет частицы колебаться «туда-сюда» в пределах кольца, и через один виток вокруг планеты на внутреннем краю кольца должен формироваться темный «канал», а между соседними каналами – «шторка». Именно такая картина и наблюдается на снимках Cassini. Сейчас Прометей все глубже «проникает» внутрь кольца F, и в декабре 2009 г., когда их орбиты сблизятся до минимума, он будет «входить» в него на максимальную глубину.
    «Мы горим нетерпением узнать, что же сделает Прометей с этим и так уже искрученным узким кольцом F и смогут ли в свою очередь частицы кольца, ударяясь о поверхность «спутника-пастуха», изменить ее», – говорит один из авторов опубликованной статьи – профессор Джозеф Бёрнс (Joseph Burns) из Корнеллского Университета. «Разработка нашей группой модели взаимодействия «спутников-пастухов» с веществом кольца F является первым шагом к полному пониманию этого сложного процесса, – добавляет профессор Карл Марри (Carl Murray) из Колледжа королевы Марии Лондонского университета. – В этом кольце остается много неясных структур и деталей, которые нам предстоит «расшифровать», но можно считать, что один секрет мы всетаки раскрыли. В любом случае, эта модель поможет нам и в такой области научных исследований, как образование и эволюция планет в Солнечной системе».
    Вообще внешние тонкие кольца Сатурна изучены довольно мало, но с каждым новым снимком со станции Cassini тайны постепенно раскрываются.
    В начале декабря 2005 г. Cassini исследовал самое внешнее полупрозрачное кольцо E. И опять не обошлось без неожиданностей. 1 декабря, находясь точно в плоскости кольца Сатурна на расстоянии 1.9 млн км от планеты-гиганта, станция сделала снимки, на которых в кольце была обнаружена двойная структура, ранее не наблюдавшаяся. Как оказалось, кольцо «в разрезе» выглядит менее ярким в центральной плоскости и более ярким в 500–1000 км от нее. Подобную же структуру имеет «кольцо-паутинка» Юпитера, а также пояса пыли, найденные в главном поясе астероидов. Ученые считают, что вещество кольца E имеет свое происхождение из активных гейзеров на южном полюсе Энцелада, которые выбрасывают частицы льда и водяного пара в космическое пространство.

«Спицы» в кольце B Сатурна

КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    Есть два объяснения механизма образования такой двойной структуры. По первому из них, «выброшенные» Энцеладом частицы могут начать свое движение вокруг Сатурна, лишь имея вполне определенные скорости, а следовательно, и наклонения относительно центральной плоскости колец. По другому сценарию, напротив, наклонения орбит частиц имеют большой разброс, но те частицы, которые обращаются очень близко к центральной плоскости, испытывают гравитационное рассеяние. Очередные съемки кольца E ученые планируют осуществить с других точек и под другими углами к плоскости колец, чтобы убедиться, что обнаруженная структура действительно существует.
    В кольце G, имеющем ширину 7000 км и находящемся в 27000 км за кольцом F, также были обнаружены интересные детали. На снимках Cassini, полученных 25 апреля 2006 г. с расстояния около 2 млн км от Сатурна, видна яркая «дуга» из мелких льдинок вблизи внутреннего края кольца G. Эта структура была впервые обнаружена в мае 2005 г., когда станция проводила детальные исследования колец планеты-гиганта, и наблюдалась с тех пор несколько раз. На апрельских фотографиях отчетливо видно, что материал «дуги» в несколько раз ярче, чем вещество кольца G.
    Ученые полагают, что эта изогнутая структура существует уже давно за счет резонансного взаимодействия со спутником Мимасом. Аналогичное незамкнутое кольцо есть и у Нептуна. Как они образуются – пока не ясно. Согласно одной из версий, после столкновения между ледяными телами метрового класса в кольце G образовалось облако малых частиц, которые затем «захватил» Мимас. Однако может быть и так, что само кольцо G состоит из частиц, которые смогли покинуть дугу. Следующие наблюдения кольца G планируется провести с более близкого расстояния, чтобы рассмотреть его более детально.
    Не менее пристальное внимание Cassini «уделял» и главным кольцам Сатурна. 23 июля 2006 г. с расстояния 692000 км с помощью широкоугольной камеры были получены снимки кольца B, на которых в первый раз с сентября 2005 г. были обнаружены таинственные и трудноуловимые «спицы», причем впервые – при наблюдении с освещенной стороны колец. Около года назад Cassini удалось пронаблюдать «спицы» с неосвещенной стороны, и с тех пор увидеть их не удавалось.
    27 января 2006 г. с расстояния 3.5 млн км станция Cassini получила серию снимков атмосферы Сатурна, на которых был обнаружен одиночный мощный шторм размерами около 3500 км. Этот ураган являлся наиболее вероятным источником радиоизлучения, которое радиоспектрометр RPWS начал регистрировать еще 23 января. Оно имеет некоторую аналогию с тем излучением, которое образуется при разряде молний на Земле, только в тысячи раз мощнее.
    В те же дни астрономы-любители на Земле сообщили, что в южном полушарии Сатурна на широте 35° появился большой атмосферный вихрь. На тот момент Cassini находился не совсем в выгодной точке на орбите, чтобы «отснять» его на дневной стороне. Тем не менее детальные изображения удалось сделать на ночной стороне планеты-гиганта благодаря свету, отражаемому кольцами Сатурна. При съемке шторм находился в точке с координатами 36°ю.ш., 168°з.д.

Северный полюс Юпитера

Южный полюс Юпитера

Станция Cassini продолжает полет и исследования, а ученые на Земле продолжают работать с большими объемами снимков, сделанных аппаратом ранее, и не только в системе Сатурна, но и на подлете, а также задолго до прибытия к «властелину колец». Еще 30 декабря 2000 г. станция прошла в 9.7 млн км от Юпитера, и на основе снимков, полученных узкоугольной камерой Cassini, ученые составили цветные карты северного и южного полюсов этого газового гиганта. Карта каждого полушария состоит из 18 фотографий, снятых в двух диапазонах спектра: голубом (451 нм) и ближнем инфракрасном (750 нм) – каждые 60 минут в течение 9 часов камера Cassini получала двухцветные снимки полушарий планеты. Была составлена и детальная карта атмосферы Юпитера. Несмотря на кажущуюся «скудность» цветовой гаммы, этот газовый гигант при наблюдении с соответствующего расстояния показался бы человеческому глазу именно таким.     К настоящему времени ученые уже составили аналогичные карты некоторых спутников Сатурна – Реи, Дионы, Мимаса, Япета, Энцелада и Титана, а также Фебы – первой луны Сатурна, с которой Cassini «встретился» 11 июня. 2004 г.

КА КАССИНИ: ПОЛЮСА САТУРНА

    Вспышек молнии на снимках ураганного вихря не видно, но это не означает, что их не было вообще. Либо разряды были слишком слабыми, либо вспышки происходили слишком «глубоко» в атмосфере Сатурна, чтобы пройти сквозь толстые слои облаков. А может быть, в этот раз просто не повезло…

Шторм в атмосфере Сатурна

КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    4 мая 2006 г. в журнале Nature была опубликована статья д-ра Джакомо Джампьери (Giacomo Giampieri) из Лаборатории реактивного движения, в которой приводятся уточненные значения периода вращения Сатурна по информации с магнитометра станции Cassini. Как утверждается, сутки на планете-гиганте длятся 10 час 47 мин 06 сек (±40 сек). Это на 1 мин 21 сек больше, чем было подсчитано по данным спектрометра RPWS весной 2004 г., когда станция находилась на подлете к Сатурну.
    «Получить данные о периоде вращения Сатурна было одной из главных задач миссии Cassini. Определение отчетливого циклического ритма в магнитном поле этой планеты позволило нам лучше понять внутреннюю структуру Сатурна, что, в свою очередь, поможет установить, как она была сформирована», – говорит профессор Мишель Дугерти (Michele Dougherty) из Имперского колледжа в Лондоне.
    2 марта 2006 г. в журнале Nature исследователи из Университета Аризоны (США) и Нантского университета (Франция) опубликовали доклад, в котором было изложено новое понимание эволюции атмосферы Титана. Выводы были сделаны на основе свежих данных со станции Cassini. Ученым было давно известно, что в атмосфере Титана присутствует метан, этан, ацетилен и целый ряд углеводородных соединений. Но метан в атмосфере должен был бы разрушиться всего за несколько десятков миллионов лет под воздействием солнечного излучения, а потому на поверхности должен присутствовать некий источник, благодаря которому запасы метана «пополнялись» в течение всех 4.5 миллиардов лет существования Титана.

Два самых загадочных спутника Сатурна – Титан и Энцелад – продолжают будоражить умы ученых. Снимок сделан 5 февраля 2006 г.

КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    Ученые пришли к выводу, что выброс метана в атмосферу Титана от его момента образования и до настоящего времени проходил в три отдельных этапа.
    Первый выброс метана в атмосферу спутника произошел после того, как на Титане сформировалось плотное ядро из скалистых пород, слой воды с примесью аммиака и ледяная «корка» (ученые ее называют клатрат-гидратом). Остаточное тепловое излучение эпохи формирования спутника вместе с теплом радиоактивного распада способствовали выбросу метана в атмосферу Титана, который длился, вероятно, первые несколько сотен миллионов лет его «жизни». Большая часть этого первого выброса, скорее всего, впиталась обратно внутрь спутника, а та, которая осталась, была разрушена вследствие фотохимических реакций за первый миллиард лет.

КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    Второй «эпизод» с выбросом метана, произошедший около 2 млрд лет назад, более интересен. Ядро Титана начало разогреваться, так как в нем присутствовали радиоактивные уран, калий и торий. На Земле эти элементы сосредоточены в основном в коре, но на Титане они залегают глубоко во внутренних слоях. Вследствие их излучения силикатное ядро Титана становилось все горячее и горячее, и в определенный момент в нем начали происходить процессы конвекции. Они, в свою очередь, вызвали нагрев водно-аммичной мантии, который повлек утоньшение ледяного покрова Титана и просачивание метана наружу.
    Третий и последний «эпизод» начался около 500 млн лет назад. Он стал результатом охлаждения спутника и медленной кристаллизации внутреннего океана. Вследствие конвекции в твердом ледяном покрове и тепловых аномалий в коре происходит диссоциация метанового клатрата и высвобождение метана – и он вновь попадает в атмосферу. Но так как этот «эпизод» по космическим меркам начался относительно недавно, на глубине нескольких десятков километров под поверхностью Титана все еще должен присутствовать океан из аммиака и воды.
    Выделение метана происходит посредством криовулканизма и сопровождается образованием временных потоков жидкости – при спуске зонд «Гюйгенс» наблюдал «дренажные каналы», оставшиеся после них. Этот третий «эпизод» является последним, считают ученые. В течение нескольких сотен миллионов лет выброс газа в атмосферу практически прекратится, метан на поверхности спутника будет разложен фотохимическими реакциями, и Титан будет основательно «подсушен». Атмосферная дымка исчезнет, и спутник будет выглядеть совсем по-другому.
    В будущем, полагают ученые, обильного выделения метана уже не будет – по крайней мере до того момента, когда Солнце превратится в красного гиганта и начнет «поджаривать» Титан. Однако произойдет это не ранее, чем через несколько миллиардов лет.
    «Несмотря на то, что процессы выброса метана в атмосферу Титана имеют разные причины, результат остается одним и тем же. В настоящее время на спутнике выбросов метана хватает лишь для его пополнения в атмосфере, но не для образования метановых морей на поверхности», – объясняет профессор Джонатан Лунин (Jonathan Lunine) из Университета Аризоны.
    Всего лишь несколько лет назад ученые считали, что темные экваториальные области на поверхности Титана являются огромными резервуарами с жидкостью – «морями» и «океанами» из жидких углеводородов. Но, согласно новым данным аппаратов Cassini и Huygens, эти гипотетические моря и океаны, вероятнее всего, являются песчаными дюнами, наподобие земных дюн в пустынях Аравии и Намибии. Эти сенсационные результаты были опубликованы 5 мая 2006 г. в журнале Science. Группа исследователей из Университета Аризоны в Тусоне представила результаты анализа снимков поверхности Титана при одном из недавних пролетов Cassini.
    На них были обнаружены дюны высотой около 100 м, которые «бежали» параллельно друг другу на сотни километров по экватору. А один из песчаных холмов простирался даже более чем на 1500 км! «Все это выглядит довольно странно, – говорит Ральф Лоренц (Ralph Lorenz) из Лунно-планетной лаборатории Университета Аризоны. – Эти снимки поверхности Титана очень напоминают снимки пустынь на Земле. Но атмосфера Титана плотнее земной, сила тяжести слабее, чем на нашей планете, сами гранулы песка также отличаются от земных – в общем, различие присутствует практически во всем, за исключением самих физических процессов, которые формируют песчаные дюны, образующие ландшафт».
    До недавнего времени ученые были уверены в том, что Титан слишком далеко от Солнца, чтобы питаемые солнечной энергией ветры обладали достаточной силой для формирования дюн. Однако при дальнейшем изучении Титана было установлено, что его атмосфера, как и сам спутник, подвергается мощному приливно-отливному воздействию Сатурна. Оно в 400 раз сильнее, чем гравитационное воздействие Солнца на Землю. Поэтому высоко в атмосфере ветры может «питать» солнечная энергия, а вот у поверхности должна доминировать приливная энергия.
    Дюны, которые «увидел» радар Cassini, имеют линейный или продольный тип – это означает, что они были сформированы под воздействием ветров, дующих с разных направлений. Приливно-отливные силы меняют направление дующих на Титане ветров – они «гонят» их по направлению к экватору. А когда «приливные» ветра «соединяются» с зональными ветрами, дующими по направлению запад-восток (это было выявлено на радиолокационных снимках), формируются дюны широтного направления. Лишь рядом с горными выступами, которые влияют на направление местных ветров, линейная форма дюн искажается.

7 апреля 2006 г. в Вашингтоне научная группа проекта Cassini-Huygens получила ежегодный приз редакции американского журнала Aviation Week & Space Technology за осуществление посадки зонда Huygens на Титан и за научные данные, которые продолжает передавать на Землю из системы Сатурна станция Cassini. Приз был вручен руководителям проекта – Ж.-П.Лебретону из Европейского космического агентства и Д.Мэтсону из Лаборатории реактивного движения (Калифорния).

    «Когда мы увидели эти песчаные холмы на снимках радара, все начало становиться на свои места, – пояснил Р.Лоренц. – Приливные ветра, вероятнее всего, несколько раз «продули» массы песка вокруг Титана, и вследствие этого вдоль экватора образовались дюны. Вероятно также, что вместе с этими ветрами с более высоких широт к экватору были перенесены темные осадочные породы, которые и образовали темный экваториальный «пояс» на Титане».
    Согласно специально разработанной модели, приливно-отливное воздействие Сатурна способно создавать поверхностные ветра со скоростями около 0.5 м/с, которые уже способны перемещать частицы песка вдоль поверхности спутника. Эти песчинки несколько крупнее своих земных аналогов, но менее плотны и по виду напоминают кофейные зерна. Из чего они состоят – из твердой органики, водяного льда или их смеси – пока остается загадкой.

Стоп-кадр видеоролика на сайте NASA, который воспроизводит полную картину посадки зонда «Гюйгенс» на Титан со всей научной информацией, собранной его приборами при спуске в атмосфере 14 января 2005 г.

КА КАССИНИ: ОТКРЫТИЯ НА САТУРНЕ

    Параллельно с изучением постоянно поступающих на Землю с Cassini новых данных специалисты продолжают расшифровывать информацию, которую передал зонд Huygens в январе 2005 г. Итак, как выяснилось, на Титане постоянно моросит мелкий метановый дождь, начинающийся в нижних слоях атмосферы из тонких облаков из жидкого метана и азота. Несмотря на то что концентрация метана растет с уменьшением высоты, эти тонкие облака покрывают почти половину Титана – такой вывод был сделан по результатам компьютерного моделирования. В верхних же слоях атмосферы облака состоят в основном из метанового льда. Между облачными слоями есть промежуток, и осадки из жидкого метана компенсируются восходящими потоками метана-газа в крупномасштабной атмосферной циркуляции.
    «Мы установили, что на Титане выпадает примерно по 5 см осадков в год, – говорит Кристофер МакКей из Центра Эймса NASA. – Примерно такое же количество осадков выпадает в Долине Смерти в Калифорнии. Разница лишь в том, что на Титане эти 5 см распределены равномерно на протяжении целого года». Ученые полагают, что метановая эрозия на Титане из-за этой мороси весьма сомнительна. Однако такой постоянный метановый «дождичек» вполне способен промочить поверхностный слой грунта, что, собственно, и «почувствовал» зонд Huygens при посадке.

---