Зонд «Кассини»
1 июля 2004 года после почти семилетнего путешествия через вселенную научно-исследовательский зонд «Кассини-Гюйгенс» вплотную приблизился к Сатурну – самой удаленной от солнца планете, которой вплоть до последнего времени удавалось тщательно скрывать свои секреты от земных ученых. Так, например, хорошо известно, что Сатурн – это газовая планета, оболочка которой состоит из водорода и гелия, однако никто не знает имеется ли у нее твердое ядро. До сих пор не выяснена причина возникновения ураганов, бушующих на Сатурне. Не понятно почему Сатурн излучает в космос больше энергии, нежели сам получает от солнца. Неизвестно даже сколько точно длится день на этой планете.
Найти ответы на эти и многие другие вопросы – такова миссия американо-европейского зонда Кассини-Гюйгенс, названного так в честь двух астрономов 17 века: француза итальянского происхождения Джованни-Доменико Кассини, открывшего четыре из 30 спутников Сатурна и его коллеги голландца Христиана Гюйгенса, которому принадлежит честь открытия самой крупной луны Сатурна Титана. Рассказу об этой миссии и посвящена наша сегодняшняя передача.
«Все началось в 97 году. Тогда Кассини стартовал с Земли в направлении Солнца. В 98 достиг Венеры, ускорился за счет ее гравитации, и полетел в обратную сторону. В 99 году вновь получил ускорение, на этот раз за счет силы притяжения Земли. Если вы помните, тогда в газетах появились крупные заголовки. В частности, высказывались опасения, что Кассини не справится с маневром, упадет на Землю и взорвется. Дело осложнялось тем, что на борту спутника было 30 килограммов плутония, необходимых для обеспечения электроэнергией его измерительных приборов. Размер катастрофы был бы просто ужасающим. К счастью, все обошлось: Кассини полетел мимо и страхи улеглись. В 2000 году зонд достиг Юпитера, вновь ускорился и вышел на финишную прямую».
Рассказывает Ян Люблинский, известный немецкий радиожурналист, а также автор многочисленных научно-популярных публикаций.
И вот наконец неделю назад наступил исторический момент. Преодолев в общей сложности 3,5 миллиарда километров пути 30 июня Зонд «Кассини-Гюйгенс» вплотную приблизился к Сатурну и приступил к выполнению наиболее опасной фазы своего полета:
«Зонд со скоростью 80 тысяч километров в час пролетел через кольца Сатурна, приблизился на расстояние в 19 тысяч километров к смой планете, провел торможение с помощью одного из своих двигателей, и вышел на заданную орбиту».
Так, по словам Михаэля Кана (Michael Kahn) из контрольного центра европейского космического агентства в Дармштадте, прошел заключительный, наиболее ответственный этап полета. А ведь если бы тормозной маневр не удался, то многолетние усилия ученых пошли бы насмарку. Тогда, по словам Жослин Ландо Jocelyne Landeau из европейского космического агентства ESA, произошло бы следующее:
«Вместо того, чтобы лететь к Сатурну, спутник пролетел бы мимо и, еще более ускорившись за счет гравитации планеты, потерялся бы в бескрайних просторах космоса».
А вместе с ним 12 научно-исследовательских приборов и другая аппаратура, общей стоимостью в 2,5 миллиарда евро. Дело осложнялось еще и тем обстоятельством, что путь Кассини пролегал через кольца Сатурна, где ему угрожала опасность столкновения с частицами космической пыли. Ведь на скорости в 80 тысяч километров в час столкновение с предметом величиной всего лишь с горошину, может нанести огромный ущерб летательному аппарату.
«Зонд пришлось развернуть таким образом, чтобы его главная антенна оказалась впереди. Четырехметровая тарелка, сделанная из очень прочных материалов, как щит закрыла наиболее чувствительные части спутника от бомбардировки космическими частицами».
После успешного завершения маневра ученые в центре управления полетом американского космического агентства NASA в Пасадене не скрывали своего ликования.
Самый сложный этап миссии позади. Кассини больше не будет пролетать через кольца Сатурна. И, будем надеяться, что те данные, которые зонд собрал во время своего пролета между кольцами, помогут ученым приподнять завесу тайны, окутывающую их происхождение. Ведь до сих пор науке неизвестны не только причина и время образования, но и точное количество колец. Еще в 70-х годах прошлого столетия считалось что их всего пять. Шестое кольцо удалось обнаружить американскому ученному Лэрри Эспозито(Larry Esposito) из университета Больдер Boulder штат Колорадо, во время посещения Сатурна зондом Пионер-11.
В то время данные поступали очень медленно: фотографии, переданные спутником, появлялись по одной строчке на экране монитора. Можете представить себе моё удивление, когда перед моим взором неожиданно появилось это кольцо. Поскольку в мои обязанности входила проверка и анализ поступающих данных, я установил его яркость и месторасположение относительно планеты, и в сентябре 1979 года мы смогли официально объявить о сделанном открытии.
Однако на этом история подсчета колец не закончилась. 20 лет назад, после получения фотографий с зонда Вояджер, стало ясно, что все это время ученые заблуждались. Оказалось, что планету окружают не пять и не шесть, а многие тысячи колец. Последние четверть века Лэрри Эспозито пытается найти ответ на вопрос когда и как образовались эти структуры? Случилось ли это одновременно с возникновением планеты, миллиарды лет назад, или все произошло совсем недавно?
Вот уже 20 лет вокруг этого вопроса ведутся дискуссии. Существуют две наиболее правдоподобные версии. И согласно моим последним исследованиям, обе эти гипотезы верны. Дело в том, что материал, из которого состоят кольца, очень стар – он остался еще со времен формирования планеты. В те далекие времена многочисленные луны, окружавшие Сатурн, сталкиваясь друг с другом, постепенно разрушались, а из их обломков сформировались кольца. Одновременно происходил обратный процесс – процесс собирания в единое целое материала колец и возникновения новых лун. Таким образом мы имеем дело с постоянным процессом обновления – череду рождений и смертей –превращений лун в кольца и наоборот. Именно поэтому эти кольца такие долгожители.
А как же получилось, что у Земли только один спутник - Луна?
Сначала Земля пребывала в гордом одиночестве. Потом в нее врезалось другое небесное тело. В результате этого столкновения высвободилось некоторое количество строительного материала, из которого впоследствии сформировалось кольцо вокруг Земли. Затем из материала кольца возник единственный спутник Земли – Луна. Но вот почему только одна Луна? Созданная нами компьютерная модель этого процесса дает следующий ответ на этот вопрос. Все дело в том, что вокруг Земли было очень много материи – в 1000 раз больше, нежели сегодня в кольцах Сатурна. Мы предполагаем, что именно поэтому у нашей планеты образовался один единственный спутник.
Для того чтобы получить окончательное подтверждение своих теорий, Эспозито намерен провести более детальные компьютерные симуляции. Однако для этого ему не хватает информации, касающейся, например количества обломков, сформировавших кольца Сатурна, их размера и так далее. И вот эти данные, Эспозито рассчитывает получить от камер, расположенных на зонде Кассини. Со спутника уже поступили первые фотографии высокого разрешения, на которых виден Сатурн в окружении его колец, которые внешне напоминают борозды патефонной пластинки. На изображениях можно очень подробно рассмотреть структуру колец. Но чем же ученые объясняют тот факт, что кольца Сатурна столь четко отделены друг от друга? Говорит Ян Люблинский:
Тому есть два объяснения: с одной стороны, там есть маленькие луны, которые летают по этим бороздкам, разделяющим кольца, и работают как пылесосы – притягивая к себе космическую пыль, а затем отметая ее в сторону. Однако есть и другие борозды, возникновение которых можно объяснить только рассмотрев всю небесную механику планеты Сатурн в целом. Весь этот огромный часовой механизм со множеством камней -лун, которые обладают соответствующей их размеру гравитацией и вызывают феномен резонанса, который и способствует четкому разделению колец.
Чтобы наш слушатель получил более детальное представление о небесной механике системы Сатурна, мы составили небольшой обзор его нескольких наиболее интересных лун.
Япет: диаметр 1500 километров. Назван в честь отца Прометея и Атласа. Согласно греческой мифологии, Япет - родоначальник человеческого рода.
Этот спутник Сатурна имеет одну светлую и одну темную сторону, которая считается самым темным пятном во Вселенной. По словам Ральфа Яумана (Ralf Jaumann) из Института планетологии в Берлине,
Науке пока точно не известно, почему эта сторона такая темная. Согласно одной из гипотез, на Япете существуют действующие вулканы, в ходе извержения которых темный материал выходит из недр небесного тела на поверхность. Согласно другой, темная материя попала на луну из космоса. Интересно, что своей темной стороной Япет всегда повернут к Сатурну. Поэтому не исключено, что на него как на давно нечищеное лобовое стекло автомобиля, налипла космическая грязь.
Феба: диаметр 220 километров. Название получила в честь богини охоты и луны.
Эта луна – настоящий экзот. В то время как все другие спутники дружно вращаются вокруг Сатурна по ходу самой ланеты, Феба летит в прямо противоположном направлении. Также и эта луна обладает достаточно темной поверхностью.
Мы еще не закончили исследования этой луны. И делать какие-то выводы пока рано. У нас была одна весьма привлекательная теория, согласно которой, солнечный ветер выбивает из поверхности Фебы темную материю, которая, попадая в гравитационное поле Сатурна, ускоряет свое движение, а затем под воздействием притяжения Япета оседает на нем. Правда, надо признаться, что наша гипотеза пока не нашла подтверждения.
Пан: диаметр 20 километров. Назван в честь бога лесов, полей и покровителя пастухов.
Этот спутник был открыт совсем недавно. Его обнаружил один молодой докторант, просматривая старые фотографии, сделанные ещё в начале 80-х спутником «Вояджер». Пан – виновник появления второй крупной борозды в системе колец Сатурна. Вращаясь вокруг планеты, он действует наподобие пылесоса, который притягивает к себе все камни, попадающиеся на его пути, а затем отметает в сторону.
При этом, те камни, которые находятся к нему поближе он сразу ускоряет в сторону Сатурна, а расположенные подальше сначала замедляет, а затем ускоряет в противоположную сторону.
Янус – бог входа и выхода и Эпиметос - муж Пандоры
Для меня лично это две самые ненормальные луны во вселенной. Они, словно две собаки гоняются друг за другом, описывая круги вокруг Сатурна. При этом спутник, летящий по внутренней орбите имеет несколько большую скорость, и сначала отрывается от преследователя, а затем заходит ему в хвост. Раз в четыре года задний догоняет переднего. И тут происходит самое интересное. Разойтись они не могут, поскольку их орбиты расположены слишком близко к друг другу, расстояние между ними составляет всего 20 километров, а диаметр спутников достаточно велик: 70 и 100 километров. Казалось бы столкновение неминуемо. Однако этого не происходит. По мере сокращении дистанции в действие вступают гравитационные силы. Спутник, занимающий внешнюю орбиту ускоряет своего преследователя, а спутник, находящийся на внутренней беговой дорожке замедляет лидера, в результате чего они просто меняются не только местами, но и орбитами. И погоня начинается заново.
Титан – самая крупная луна в системе Сатурна.
Ее размеры превосходят размеры малых планет Меркурия и Плутона.
Несомненно Титан – наиболее интересная из лун, окружающих Сатурн. Она обладает собственной атмосферой, которая состоит из метана и углерода, и напоминает атмосферу Земли, какой она была миллионы лет назад ещё до появления на ней жизни. А вот о поверхности Титана земным ученым известно немного, поскольку она скрыта от любопытных взоров густым слоем облаков.
Однако оборудованному новейшей техникой зонду Кассини – облака не помеха.
На борту зонда имеется 12 научно-исследовательских инструментов. Многочисленные камеры, которые проводят измерения на различных волнах видимого и невидимого спектра. Кроме того, там есть аппарат для анализа космической пыли, разработанный в институте ядерной физики имени Макса Планка в Гейдельберге, который в состоянии измерять количество космической пыли и определять ее состав. Кассини будет периодически пролетать мимо Титана и за счет его гравитации набирать скорость, а также менять направление полёта, в зависимости от того, какая из 30 лун Сатурна в тот конкретный момент будет представлять наибольший интерес для ученых. А в январе 2004 года произойдет высадка на Титан научно-исследовательского зонда Гюйгенс.
Для проведения более детального исследования этой луны.