Последние 13 лет космический аппарат «Кассини» безмолвно менял наше понимание Солнечной системы. Миссия «Кассини» - совместный проект американского аэрокосмического агентства NASA и Европейского космического агентства стоимостью 3,62 миллиарда долларов – заключалась в изучении газового гиганта Сатурна и его многочисленных лун. Но уже завтра эта миссия подойдет к своему в буквальном смысле пылающему концу. В пятницу, в 7:55 по восточному времени Земля перестанет получать данные от «Кассини», так как аппарат со скоростью метеора упадет в атмосферу Сатурна и будет целенаправленно уничтожен. К этому моменту астрономы готовились многие годы.

Все инструменты космического аппарата по-прежнему отлично работают, однако продолжительная миссия израсходовала практически все топливо, необходимое для коррекции орбитальной траектории движения зонда вокруг Сатурна. Но вместо того, чтобы просто позволить аппарату выйти из-под контроля и, возможно, разбиться где-нибудь еще, команда управления миссией запрограммировала компьютер зонда на вхождение в атмосферу Сатурна, чтобы уберечь спутники планеты и любые вероятные формы жизни, находящиеся на них.

Несмотря на все заслуги этого космического аппарата, «Кассини», если можно так выразиться, всегда был аутсайдером. Его миссия не была такой яркой, как миссия аппарата «Новые горизонты», пролетевшего мимо Плутона, или любой другой миссии, связанной с Марсом, куда за пару последних десятилетий американское агентство отправило не один посадочный модуль и ровер. Темы, связанные с миссией возле Сатурна, редко составляли главные заголовки новостей. Однако отсутствие хайпа никоим образом не снизило градус научной важности открытий, которые совершил «Кассини».

Если отбросить формальности, то началась она 15 октября 1997 года, когда на борту ракеты-носителя Titan IVB/Centaur «Кассини» был выведен на орбиту Земли. Запуск был совместным – ракета-носитель выводила также на орбиту и зонд «Гюйгенс», построенный Европейским космическим агентством. Этот аппарат был разработан для высадки на крупнейший спутник Сатурна Титан, откуда он смог бы передавать научные данные исследователям на Землю.

Запуск происходил не без эксцессов. Были люди, протестовавшие против запуска «Кассини» из-за опасения загрязнения среды плутониевым топливом, на основе которого работает космический аппарат. Перед отправкой «Кассини» физик Мичио Каку заявил, что если запуск окажется неудачным и произойдет взрыв ракеты, то радиоактивный материал осыплется дождем на людей, находящихся возле стартового комплекса. Агентство NASA и правительственные структуры поспешили уверить всех в том, что такая ситуация просто невозможна. К счастью, в конечном итоге запуск действительно прошел без каких-либо проблем.

Два космических аппарата прибыли к Сатурну спустя 7 лет с момента их запуска со стартового комплекса на мысе Канаверал. «Гюйгенс» высадился на Титан 14 января 2005 года. С тех пор «Кассини» совершил множество орбитальных оборотов вокруг планеты и ее спутников. Благодаря ему мы получили возможность по-новому взглянуть на эту систему, разобраться в особенности колец планеты.

Спутники

Начиная от громадного Титана и заканчивая крошечной луной Дафнис – наблюдения «Кассини» позволили узнать много нового о спутниках этой гигантской кольцевой планеты. Сатурн и его спутники в буквальном смысле можно рассматриваться как Солнечную систему в миниатюре.

Пан (похожий на пельмень)

Пять самых интересных открытий «Кассини»

Сложно перечислить весь вклад в планетарную науку, который внес «Кассини» за 13 лет своей миссии, но совсем несложно понять, как много эта миссия значит для ученых на Земле. Ниже будут представлены всего несколько самых важных открытий, совершенных этим зондом более чем за десятилетний срок его работы.

«Кассини» не только заметил, но и пролетел сквозь выбросы жидкой воды, выстреливаемой в космос из подповерхностного океана Энцелада. Открытие оказалось удивительным. Океан спутника, вполне возможно, имеет правильный химический состав, необходимый для жизни, что делает его одной из самых желанных целей для поиска внеземной жизни внутри Солнечной системы.

Наблюдая за Титаном, мы смогли узнать больше о себе. Исследование одного из самых больших спутников Сатурна открыло для нас сложный мир озер из жидкого метана и дюн из углеводородов. Для неподготовленного наблюдателя Титан может показаться похожим на Землю, но это явно чужая планета, представляющая собой идеальный пример разнообразия среди планетарных тел.

До момента отправки «Кассини» к Сатурну в 1997 году ученым было известно лишь о существовании 18 спутников, оборачивающихся вокруг кольцевого гиганта. Пока космический аппарат в течение семи лет двигался к этой планете, исследователи открыли еще 13 спутников. Однако сегодня, благодаря «Кассини», мы смогли выяснить, что Сатурн является «папой» аж 53 спутников.

За время своей работы «Кассини» удалось получить по-настоящему впечатляющие изображения Сатурна, но, возможно, самыми впечатляющими и одновременно уникальными являются фотографии полюсов планеты. Нам удалось в деталях рассмотреть шестиугольный поток атмосферных течений, окружающих мощный шторм, бушующий на северном полюсе Сатурна. Согласно NASA, площадь этого урагана в 50 раз больше, чем площадь среднестатистического урагана на Земле.

Перед кульминацией миссии «Кассини» занял положение между кольцами планеты и самим Сатурном. И как выяснилось, здесь невероятно спокойно. Вместо ожидаемых пылевых завихрений, мечущихся между планетой и кольцами, «Кассини» в рамках своих последних орбитальных облетов обнаружил абсолютно пустое пространство.

Миссия, по которой будут скучать

Хотя, как уже отмечалось выше, миссия «Кассини» была не такой яркой, как марсианские, она оказалась очень полезной для современной астрономии. Каждый месяц зонд отправлял на Землю по-настоящему уникальные, ранее невиданные изображения и новые научные данные. Многие начинающие астрономы построили свои карьеры на базе этих данных.

Завершение миссии станет настоящей потерей для научного и околонаучного сообщества. Особенно на фоне того, что, помимо зонда, который займется изучением спутника Юпитера Европы, у NASA и других космических агентств нет планов, по крайней мере в видимом будущем, продолжать изучение горизонтов удаленных миров Солнечной системы вроде Сатурна, Нептуна и Урана.

15 сентября 2017 года аппарат «Кассини» сгорел в атмосфере Сатурна. Это событие объединило любителей космоса по всей Земле. «Кассини» был не просто каким-то спутником. Он служил одним из главных символов космических исследований, да и науки в целом. Таким же символом, как телескоп «Хаббл» или Большой адронный коллайдер.

«Кассини» был запущен в далёком 1997 году. Просто представьте - это год выхода «Титаника», Quake 2 и первого Fallout. За время работы «Кассини» выросло целое поколение. Многие современные любители астрономии заинтересовались космосом именно благодаря «Кассини». Поэтому сегодня мы вспоминаем историю миссии и отдаём ей заслуженную дань уважения.

От концепта до стартовой площадки

В 1980–1981 годах пара совершила исторический пролёт мимо Сатурна. Они сделали первые детальные снимки планеты, её колец и спутников, провели анализ атмосферы и магнитного поля. Результаты поразили астрономов. Выяснилось, что кольца Сатурна состоят из сотен тоненьких колечек, образующих сложную систему. Титан, крупнейший спутник Сатурна, оказался закрыт непрозрачным в видимом спектре слоем углеводородной дымки. Спутник Япет выглядел так, словно конструктор Солнечной системы забыл его докрасить: одно его полушарие блестело ярко, как свежий снег, другое было чёрным, как копоть.

Сборка «Кассини»

«Вояджеры» физически не могли задержаться у планеты и подольше её поизучать. Чтобы разгадать загадки Сатурна и его лун, требовалась принципиально иная миссия. Аппарат, который мог бы выйти на орбиту вокруг планеты и исследовать её несколько лет.

В 1982 году учёные из NASA и ESA начали первые консультации о совместной долговременной миссии в систему Сатурна. Она должна была состоять из орбитального аппарата и спускаемого зонда, который сел бы на Титан и посмотрел, что происходит на его поверхности. Миссию назвали в честь Джованни Кассини - знаменитого астронома XVII века, открывшего четыре спутника Сатурна и промежуток в его кольцах.

Переговоры шли непросто. В то время отношения между NASA и ESA были осложнены отменой ряда совместных проектов. Но в 1988 году партнёры всё-таки договорились о распределении обязанностей. NASA должно было построить орбитальный аппарат «Кассини», ESA - спускаемый зонд для Титана «Гюйгенс». Его назвали в честь Христиана Гюйгенса, открывшего кольца Сатурна и собственно Титан.

Модель аппарата «Гюйгенс»

На этом проблемы «Кассини» не закончились. Суммарный бюджет проекта превысил три миллиарда долларов (80% средств выделило NASA), и американский конгресс не раз угрожал лишить проект финансирования. Даже в NASA не все поддерживали миссию. Но «Кассини» выжил - не в последнюю очередь благодаря усилиям лоббистов ESA. Дело дошло даже до писем вице-президенту США Альберту Гору с просьбой не закрывать программу. В итоге, хоть и со скрипом, миссия получила необходимое финансирование.

Последней угрозой для «Кассини» стали «зелёные». Незадолго до старта экоактивисты начали демонстрации на мысе Канаверал и подали иск в суд, требуя запретить запуск. Причина? 32 килограмма плутония-238 на борту станции. Дело в том, что окрестностей Сатурна достигает в 100 раз меньше солнечного света, чем Земли. Поэтому для получения энергии «Кассини» был оснащён радиоизотопным генератором.

Экоактивисты заявляли, что в случае аварии произойдёт радиоактивное заражение, и требовали «спасти Землю» от «Кассини». И сколько бы эксперты NASA ни объясняли, что даже при аварии плутоний останется в защищённом контейнере, это не могло переубедить «зелёных». К счастью, суд не принял во внимание экологические страшилки и не стал отменять запуск.

Старт ракеты «Центавр» с «Кассини» на борту

Семь лет в полёте

«Кассини» стартовал 15 октября 1997 года и направился к… Венере. Здесь нет никакой ошибки. Масса станции составляла почти шесть тонн, что делало её одним из крупнейших межпланетных аппаратов в истории: больше весили лишь советские «Фобосы». Мощности ракеты не хватало, чтобы отправить такую махину сразу к Сатурну. Поэтому инженеры воспользовались гравитацией. «Кассини» дважды пролетел Венеру, затем Землю и, наконец, Юпитер. Эти гравитационные манёвры позволили аппарату достичь необходимой скорости.

Пролетая мимо Юпитера, «Кассини» успел изучить этот газовый гигант. Он открыл несколько новых штормов в его атмосфере и сделал самые качественные на тот момент снимки планеты. Заодно инженеры проверили работоспособность инструментов станции.

«Портрет» Юпитера, составленный из нескольких фотографий «Кассини»

В начале лета 2004 года «Кассини» достиг окрестностей Сатурна. 11 июня аппарат пролетел Фебу, один из самых удалённых спутников планеты, который вращается почти в 13 миллионах километров от газового гиганта (это в 36 раз больше расстояния между Землёй и Луной). У «Кассини» был лишь один шанс навестить эту необычную луну, и его траектория была специально рассчитана для близкого пролёта.

1 июля «Кассини» выполнил крайне сложный манёвр, от исхода которого зависела судьба всей миссии. Он прошёл успешно. «Кассини» на 96 минут включил главный двигатель и сбросил скорость, чтобы гравитация планеты смогла подхватить его. Так он стал первым в истории искусственным спутником Сатурна.

Таким «Кассини» увидел Сатурн

Тринадцать лет у Сатурна

«Я видел вещи, в которые вы, люди, не поверите…» Если бы «Кассини» мог говорить, он бы обязательно процитировал «Бегущего по лезвию». Уже с самого начала работы аппарат стал совершать открытия, одно невероятнее другого. Для любителей статистики скажем, что за 13 лет пребывания у Сатурна станция сделала порядка 400 тысяч фотографий и переслала на Землю свыше 600 гигабайт информации. По их результатам уже написано около 4000 научных статей - и это число будет расти, потому что данные «Кассини» будут анализировать ещё долгие годы. Чтобы описать все достижения миссии, потребуется целое собрание сочинений. Мы лишь вкратце упомянем основные вехи.

Одной из приоритетных целей миссии был Титан. В январе 2005 года отделившийся от «Кассини» зонд «Гюйгенс» совершил историческую посадку на его поверхность. Снимки «Гюйгенса» продемонстрировали сложный рельеф с участками, напоминающими русла рек и береговую линию. На фотографиях с поверхности видны округлые камни со следами воздействия жидкости.

Титан с двух сторон на фото «Кассини»

В дальнейшем «Кассини» выполнил свыше сотни пролётов Титана. Аппарат сканировал радаром поверхность спутника, а съёмка в инфракрасном диапазоне позволила заглянуть под его дымку. Оказалось, что на Титане есть озера, реки, моря и даже идут дожди. Но не из воды, а из жидких углеводородов - смеси этана и метана. Температура на Титане такова, что эти вещества могут существовать сразу в трёх состояниях (жидкость, газ, твёрдое вещество) и выполняют ту же роль, которую на нашей планете играет вода. Это единственное тело Солнечной системы помимо Земли, где есть полноценный круговорот жидкости, а на поверхности существуют постоянные водоёмы. Точнее, углеводородоёмы.

Посадка «Гюйгенса» на Титан, концепт-арт

Запись атмосферного ветра на Титане, сделанная «Гюйгенсом» при посадке

В целом условия на Титане во многом напоминают раннюю Землю докислородной эры. Спутник оказался своеобразной машиной времени: он позволил изучить процессы, которые могли привести к появлению жизни на нашей планете. Некоторые учёные даже высказывают осторожные предположения, что, несмотря на низкие температуры, на Титане уже сейчас могут существовать простейшие формы жизни.

Плато Меркатора, снятое «Гюйгенсом»

Видео посадки на основе фотографий с аппарата

Но в системе Сатурна нашлась ещё более привлекательная для астробиологов цель - Энцелад. До миссии «Кассини» он считался просто одной из многочисленных ледяных лун Сатурна, не представляющих особого интереса. Но уже после первого визита «Кассини» к Энцеладу эти представления пришлось коренным образом пересмотреть.

Энцелад, планета гигантских гейзеров

Оказалось, что, несмотря на относительно небольшие размеры (диаметр спутника - 520 километров, почти в шесть раз меньше, чем у Луны), Энцелад - одно из самых геологически активных тел Солнечной системы. Его южный полюс густо усеян гейзерами, которые постоянно выбрасывают в космос воду. Эта вода формирует вокруг Сатурна отдельное кольцо. Обнаружение гейзеров Энцелада стало научной сенсацией. Программу «Кассини» срочно изменили, и в последующие годы аппарат не раз наведывался в гости к спутнику. Несколько раз «Кассини» пролетал прямо через его выбросы, анализируя их химический состав.

Гейзеры Энцелада

Собранные «Кассини» данные показали, что под ледяной поверхностью Энцелада находится глобальный океан жидкой воды. Его глубина оценивается в 10 километров, толщина льда над ним составляет от 2 до 30 километров. Химический анализ выброшенной воды выявил в ней соли, органические соединения и вещества, указывающие, что в океане Энцелада идут активные гидротермальные процессы. Сейчас этот спутник считается наиболее пригодным местом для жизни в Солнечной системе за пределами Земли.

«Кассини» сумел раскрыть и загадку «недокрашенного» Япета. Оказалось, что различия в окраске спутника обусловлены пылью: удары метеоритов выбивают её с удалённых лун Сатурна, и она оседает на ведущем полушарии Япета (это то полушарие, которым он движется «вперёд» по орбите). Покрытые пылью участки нагреваются сильнее, чем соседние регионы. Как следствие, лёд с них испаряется и конденсируется там, где температура поверхности ниже: на ведомой стороне и в околополярных областях. Формируется положительная обратная связь: тёмные участки становятся ещё более тёмными, и наоборот.

Также «Кассини» открыл другую уникальную особенность Япета - кольцевой горный хребет «стена Япета», который тянется вдоль его экватора. Необычное образование имеет высоту до 13 километров, ширину до 20 километров и общую протяжённость около 1300 километров. По одной из теорий, некогда у Япета было кольцо, и его частицы, упав на поверхность, сформировали стену.

Чёрно-белый Япет на снимках «Кассини»

Но, конечно, «Кассини» изучал не только спутники Сатурна, но и саму планету. За годы миссии аппарат запечатлел несколько смен времён года. Особенно ярко они проявились в гексагоне - так называют расположенный на северном полюсе планеты удивительный вихрь шестиугольной формы. Ширина этого образования - 25 тысяч километров, примерно два диаметра Земли. «Кассини» зафиксировал, как с приходом лета в северное полушарие Сатурна гексагон сменил окраску с тёмно-синей на золотистую. Интенсивность ультрафиолетового излучения увеличилась, это запустило фотохимические реакции, и на северном полюсе начали синтезироваться соединения (толины), которые и изменили цвет шторма.

Шестиугольный вихрь Сатурна в 2016 году

«Кассини» много раз фотографировал систему колец Сатурна. Снимки продемонстрировали их необыкновенную сложность и изменчивость. Многочисленные спутники Сатурна воздействуют своей гравитацией на кольца планеты, из-за чего в них формируются завихрения, волны, изломы, петли и другие структуры. Орбиты некоторых малых лун проходят прямо внутри колец. Их гравитация разгоняет частички колец, из-за чего в тех формируются разрывы. Другие спутники играют роль «пастухов». Например, орбиты Прометея и Пандоры проходят внутри и снаружи кольца F. Гравитация пары спутников удерживает частицы колец на одной орбите, не давая им разлетаться в разные стороны.

Самое высококачественное фото колец Сатурна

Нельзя забывать и про такую цель «Кассини», как популяризация космических исследований. Это оказалось несложно. Сатурн - пожалуй, самая красивая планета Солнечной системы, и его снимки наверняка вдохновили многих людей связать свою жизнь с космосом.

Одно из самых знаменитых изображений «Кассини» было сделано 19 июля 2013 года. В тот день аппарат выполнял панорамную съёмку планеты и её окрестностей. В момент съёмки Солнце находилось ровно за Сатурном, эффектно подсвечивая его кольца. На одном из снимков оказалась запечатлена и наша планета. С расстояния 1,5 миллиарда километров она выглядит как бледная голубая точка.

«День, когда Земля улыбнулась»: знаменитое фото подверглось сильной цветокоррекции, чтобы планеты были виднее. Земля - это едва заметная точка справа внизу под кольцами

Последнее приключение «Кассини»

«Кассини» часто называют идеальной космической миссией. Аппарат проработал намного дольше номинального четырёхлетнего срока и выполнил все задачи без серьёзных происшествий. Но, увы, у любой техники есть фактор, ограничивающий время её работы. В случае с «Кассини» им стали запасы топлива, необходимого для коррекций курса. Без него управление аппаратом стало бы невозможно. Неуправляемая станция могла врезаться в одну из лун Сатурна и занести туда земные микробы. Чтобы исключить такой сценарий, в NASA решили сжечь «Кассини» в атмосфере планеты.

Но перед этим аппарату предстояло пережить финальное приключение - 20 витков у внешнего края колец Сатурна, а затем ещё 22 витка между атмосферой планеты и внутренним краем её колец. Ещё ни один аппарат не нырял в этот промежуток. Манёвр считался весьма опасным, но поскольку миссия и так была близка к завершению, в NASA решили пойти на риск.

Финальный полёт «Кассини» в представлении художника

Как и прежде, «Кассини» с блеском выполнил все поставленные задачи. Он собрал данные, которые должны разрешить главную загадку Сатурна - возраст и происхождение его колец. По одной из версий, они сформировались вместе с планетой. По другой, кольца намного моложе и появились в результате недавнего (по космическим меркам) разрушения одного из спутников Сатурна. Данные «Кассини» будут анализировать ещё не один месяц, но предварительные результаты пока что говорят в пользу второй версии.

«Кассини» предстояло выполнить ещё одну, последнюю задачу. Во время входа в атмосферу аппарат использовал двигатели малой тяги, чтобы как можно дольше удерживать свою антенну направленной на Землю. Уже распадаясь на части, «Кассини» всё равно продолжал передавать данные о составе газовой оболочки и магнитном поле Сатурна. Даже здесь аппарат сумел перевыполнить план, продержавшись в таких экстремальных условиях на 30 секунд дольше, чем предсказывали симуляции. В 11 часов 55 минут 46 секунд по всемирному времени комплекс дальней космической связи NASA в Канберре принял последний сигнал от «Кассини». Сам аппарат к тому времени уже распался на обломки и превратился в пылающий метеор.

С «Кассини» в NASA прощались без траура. Всё-таки это не катастрофа, а финал удачной миссии (NASA/Joel Kowsky)

Финал миссии вызвал противоречивые эмоции: гордость, восхищение, грусть и пустоту. «Кассини» проработал так долго, что уже сложно вспомнить времена, когда его не было. Можно представить, что испытывали участники миссии, работавшие над проектом ещё с 1980-х, глядя на то, как пропадает сигнал аппарата.

Становится ещё грустнее, когда понимаешь, что следующую подобную экспедицию к дальним планетам Солнечной системы придётся ждать не меньше десятилетия. К сожалению, космические исследования - неспешное дело, и пока что на горизонте нет миссии, сопоставимой с «Кассини» по амбициозности. Можно лишь утешаться тем, что на основе собранных станцией данных будет сделано немало новых открытий.

Наследие «Кассини» будет жить ещё очень долго. Фотографии Сатурна и его спутников, которые он сделал, навсегда останутся с нами. Благодаря «Кассини» мы смогли увидеть во всей красе эти космические тела, которые раньше были для нас лишь точками на небе.

Через несколько часов одна из самых длительных, дорогих и успешных космических миссий в истории изучения космического пространства завершит свой путь, сгорев в атмосфере самой эффектной планеты-гиганта, Сатурна. Отработавший почти 20 лет аппарат Cassini передаст последние уникальные данные. сайт рассказывает об истории и ключевых открытиях этого удивительного аппарата.

Название и разработка

Нужно сразу сказать, что называть миссию просто Cassini неверно. Правильное название совместного детища NASA, ESA и Итальянского космического агентства - Cassini–Huygens. Орбитальный аппарат, который разрабатывали в США, получил имя в честь Джованни Доменико Кассини, который открыл четыре спутника Сатурна (так называемые «звезды Людовика»: Япет, Рею, Тефию и Диону) и щель между кольцами - щель Кассини; спускаемый аппарат назвали Huygens, в честь Христиана Гюйгенса, который построил математическую модель колец Сатурна и объяснил фазы планеты. Итальянское же космическое агентство самостоятельно разрабатывало и строило антенну дальней космической связи, при помощи которой зонд связывается с Землей.

Джованни Доменико Кассини

Wikimedia Commons

Это был один из первых опытов сотрудничества Европы и Америки в космосе и, пожалуй, самый дорогой. Общая стоимость миссии - 3,26 миллиарда долларов США, из которых 2,6 миллиарда потратило NASA, 500 миллионов - и 160 миллионов отдала Италия (для сравнения: стоимость первой (успешной) индийской миссии к составила всего 70 миллионов). Это был очень большой аппарат: стартовая масса комплекса составила 5712 килограммов. За всю историю беспилотного изучения планет только три миссии были тяжелее, и все советские. «Фобос-1», «Фобос-2» и так и не покинувший окрестности Земли «Марс-96».

Сборка аппарата в NASA

Идея создать тяжелый аппарат (так называемого класса «Флагман»; среди аппаратов этого уровня юпитерианский Galileo и марсианский Curiosity) возникла еще в 1980-х годах, после того как мимо Сатурна пролетели аппараты Voyager. В создании аппарата участвовало 27 стран. Новый тяжелый зонд со спускаемым аппаратом и большим запасом плутония для получения электричества (в районе Сатурна уже очень мало света, и запитывать приборы электричеством приходится при помощи РИТЭГа - радиоизотопного термоэлетрического генератора, в котором тепло от распада плутония напрямую превращается в электрическую энергию) отправился к Сатурну 15 октября 1997 года фантастически красивым ночным стартом.

Запуск Cassini

Во время перелетов от планеты к планете прямой путь самый невыгодный: очень много приходится тратить горючего, поэтому космические аппараты всегда используют так называемые гравитационные маневры, разгоняясь в гравитационном поле других планет. Вот и Cassini сразу после старта отправился… к Венере. Да, иногда для экономии приходится лететь в противоположном направлении. Первые три гравитационных маневра аппарат совершил у второй и третьей планет Солнечной системы. 26 апреля 1998 года и 24 июня 1999 года зонд дважды пролетел мимо Венеры, а 18 августа 1999 года навестил и нашу Землю, параллельно протестировав свои фотокамеры и сделав роскошный портрет Луны.

Фотография Луны, сделанная во время третьего гравитационного маневра Cassini

Вихрь на северном полюсе Сатурна

Конечно же, большое количество исследований было посвящено кольцам Сатурна. Некоторые из них (например, дуга Анте или кольцо Паллене) были открыты самим Cassini.

15 сентября 2017 г. в 04:55 PDT (11:55 UTC) Земля перестала слышать сигнал радиопередатчика Cassini. Завершив почти двадцатилетний полет и проработав более 13 лет в системе Сатурна, американский КА вошел в атмосферу планеты, до последней секунды передавая уникальные научные данные.

Cassini был запущен 15 октября 1997 г. и вышел на орбиту вокруг Сатурна 1 июля 2004 г. В течение 13 лет он сделал 293 витка вокруг планеты и совершил 162 близких пролета у ее спутников. Аппарат картировал их поверхности и измерял химический состав, отслеживал эволюцию сезонных процессов на Сатурне и Титане, изучал кольца планеты, ее магнитосферу, заряженные частицы и волны в космической плазме.

Краткий обзор орбитального «тура» Cassini, который продлился на девять лет больше изначально запланированного срока и состоял из нескольких последовательных миссий, был сделан в НК № 7, 2017.

«Великий финал» (Grand Finale) двадцатилетнего путешествия Cassini был задуман за семь лет до своего осуществления. Решение направить аппарат в атмосферу Сатурна было связано с опасениями за заражение земными микроорганизмами лун планеты - в особенности Энцелада с его подледным океаном, из которого бьют полярные гейзеры. Встреча с представителями земной биосферы, которые могли сохраниться в жизнеспособном состоянии на элементах конструкции КА, исказила бы облик местной жизни, если таковая имеется.

Последние пять месяцев

Начало финальной фазы экспедиции пришлось на исполняемый Cassini начиная с 11 апреля этап полетной программы S99. С 25 мая по 9 июля отрабатывалась командная последовательность S100, а с 10 июля и до конца – S101, в которую входило 10657 индивидуальных команд.

22 апреля 2017 г. состоялся последний целевой пролет Титана с гравитационным маневром, в результате которого нижняя точка орбиты КА сместилась под систему колец. Теперь аппарату предстояло сделать 22 витка по орбите наклонением от 62.4° до 61.7° с периодом 6.4 – 6.5 сут, каждый раз проходя в перицентре между видимой поверхностью и кольцами Сатурна и удаляясь примерно на 1.27 млн км от планеты в апоцентре.

Первый «нырок» состоялся 26 апреля на 271-м витке, когда Cassini пронесся на высоте 2800 км над вершинами облаков планеты на максимальной скорости 33.957 км/с. Область под кольцами оказалась практически свободна от пыли – прибор для регистрации радио- и плазменных волн RPWS отметил лишь несколько частиц размером 1 мкм и ниже. Это породило надежду на успех всех последующих пролетов и на выполнение научной программы, включающей картирование гравитационного и магнитного поля планеты, съемку и зондирование колец и поверхности Сатурна с минимальной дистанции и прямые измерения состава верхней атмосферы.

Из 17 первых пролетов самый низкий был 15 мая на высоте 2660 км, а самый высокий – 28 мая на высоте 3900 км над облаками Сатурна. Он также стал и самым глубоким проникновением КА во внутреннее кольцо D. Для изменения высоты перицентра между отдельными витками использовались пролеты Титана 23 мая на расстоянии 118 000 км и 10 июля на дальности 264 000 км, а также две небольшие коррекции. 10 мая был проведен маневр OTM-471 с приращением скорости всего 21 мм/с за счет включения двигателей на 14 секунд. Последняя коррекция OTM-472 была более значительной – 15 июля двигатели проработали 153.125 сек и изменили скорость КА на 143.64 мм/с.

11 августа Cassini прошел в 195 000 км от Титана, из-за чего высота перицентра КА уменьшилась на 1200 км. Поэтому в пяти последних пролетах КА «чиркал» по самой кромке атмосферы на высоте от 1710 км до 1630 км, и для поддержания ориентации использовались не маховики, а ЖРД малой тяги. Точные данные о высоте каждого из пролетов опубликованы не были; известно лишь, что рекордно низким был третий из них – 27 августа. Эти пять витков послужили репетициями финального входа Cassini в атмосферу.

При пересечении плоскости колец со скоростью от 33.6 км/с до 35.0 км/с Cassini, как правило, ориентировался остронаправленной антенной вперед по вектору скорости, чтобы защитить более «чувствительные» части от пылевых частиц. При «нырках» в кольцо D на 276-м и 277-м витках, однако, пыли оказалось мало, и на 281-м было решено этого не делать; аппарат благополучно прошел через самый нижний участок кольца и не пострадал. Большую часть пролетов Cassini отрабатывал в автономном режиме с последующим «донесением» о результатах, но на витках 273, 274, 275, 278, 280 и 284 вел прямую передачу на Землю во время пересечения плоскости колец.

Уже в первом пролете камера ISS произвела съемку Сатурна с разрешением в 10 раз лучше, чем за все предыдущие 13 лет. Съемки планеты, колец и спутников и зондирование их спектрометрами VIMS, CIRS и UVIS в различных комбинациях осуществлялись на всех последующих витках. В кольцах особый интерес представляли различные краевые эффекты, возмущения и малые нестабильности, известные под условным наименованием «пропеллеры». Их называли в честь великих летчиков XX века – Блерио, Сантос-­Дюмон, Эрхарт.

Из спутников чаще всего наблюдались Титан и Энцелад, особенно его южная полярная область с гейзерами, но нашлось время для съемки Дионы на 280-м витке и для совсем малых спутников. Крохотный Бебхионн – двойной объект диаметром всего 6 км, уходящий в апоцентре на 25 млн км от Сатурна, – был отснят на витках 272, 273, 276, 280 и 282. Вдвое более крупный 14-километровый Кивиук, у которого также подозревают бинарную природу, фотографировали 28 июля, 9 и 16 августа, а Трюмр – 23 августа и 3 – 4 сентября. Кроме того, 6 июня провели спектрометрирование звезды ε Ориона при затмении ее спутником Тетис (Тефия).

10 и 16 августа камера ISS пронаблюдала Нептун, оказавшийся на небе рядом с Кивиуком. Это означало, что Cassini сумел отснять восемь из девяти планет (включая Плутон, но исключая Меркурий).

Радиокомплекс использовался для определения характеристик гравитационного поля Сатурна и для просвечивания колец, а анализатор космической пыли CDA пытался «поймать» их вещество. Прибор RADAR осуществлял их сканирование с разрешением от 4 км до 100 м на 276-м и 277-м витках, а также изучал атмосферу Сатурна: на 288-м витке в пассивном режиме, а на 290-м и 292-м – в активном. Ученых интересовали концентрации аммиака в атмосфере ниже слоя аммиачных облаков как свидетельство погоды Сатурна.

292-й виток, он же 22-й в серии Grand Finale, начался прохождением апоцентра 5 сентября в 18:47 UTC бортового времени. 9 сентября в 00:09–00:14 аппарат последовательно прошел плоскость колец и перицентр орбиты и спустя 13 часов начал передачу на Землю полученной информации. 11 сентября, ближе к концу витка, Cassini испытал притяжение Титана. Пролет был из числа далеких – в 19:04 UTC аппарат прошел в 119 049 км над поверхностью спутника, – но гравитационное воздействие Титана уменьшило скорость КА на 29 м/с, в результате чего перицентр орбиты погрузился внутрь атмосферы Сатурна.

293-й виток начался 12 сентября в 05:27 UTC бортового времени. В последние двое суток аппарат провел съемки Титана и Энцелада, заходящего за северный горизонт Сатурна, планеты и отдельных деталей ее колец, в том числе уплотнения с условным именем Пегги на внешнем краю кольца A, которое, возможно, представляет собой формирующий малый спутник. Наконец, спектрометр VIMS и остальные оптические инструменты пронаблюдали район предстоящего падения Cassini. Последний снимок был сделан 14 сентября в 19:58 UTC.

В 21:45 UTC по времени прихода сигнала на Землю, что соответствовало 20:22 бортового времени, начался последний 14.5-часовой сеанс связи. Cassini передавал информацию на частоте 8.43 ГГц со скоростью 66 360 бит/с, освобождая в течение 11 часов от записанных данных свое твердотельное запоминающее устройство. До станции Сети дальней связи в Голдстоуне сигнал КА доходил с уровнем мощности -128.06 дБ, то есть 1.56.10-19 Вт. Последние фотографии были приняты и в необработанном виде оперативно размещены на сайте проекта Cassini.

Закончив сброс данных, 15 сентября в 07:14 бортового времени КА начал пятиминутный разворот в такое положение, чтобы масс-спектрометр ионов и нейтральных атомов INMS находился на передней части КА по направлению полета и мог непосредственно измерять состав верхней атмосферы Сатурна и его изменения по высоте. На Земле эстафету приняла 70-метровая антенна DSS-43 под Канберрой, способная поддерживать прием на скорости 124 426 бит/с. Cassini, однако, тут же переконфигурировал борт, чтобы в последние три с половиной часа научная информация уходила на Землю со скоростью 27 650 бит/с в почти реальном масштабе времени – спустя всего несколько секунд после получения ее на борту. Передача велась в X- и S-диапазоне с приемом на 70-метровую и – в порядке резервирования – на одну из 34-метровых антенн в Австралии. Кроме того, допплеровские наблюдения вела станция Нью-Норсия Европейского космического агентства.

Инструкции аппарату на заключительный этап полета были просты. Cassini подходит к планете со стороны северного полушария. Точка входа в атмосферу находится на дневной стороне в 10° севернее экватора. Аппарат должен вести измерения восемью из 12 приборов (масс-спектрометр INMS, спектрометры CIRS и UVIS, магнитосферные и плазменные инструменты MIMI, RPWS, MAG, датчик космической пыли CDA и высокостабильный генератор радиокомплекса) и передавать данные до последнего. Такую возможность обеспечат бортовые ЖРД тягой 0.5 Н, поддерживающие ориентацию остронаправленной антенны на Землю в пределах ±0.1° от заданной за счет выдачи коротких импульсов.

Баллистики прогнозировали, что Cassini почувствует воздействие разреженной верхней атмосферы Сатурна на высоте 1915 км над вершинами облаков и над уровнем давления 1 атм. Как и все такие границы, она была в известной мере условной. При полете вне атмосферы двигателям достаточно срабатывать раз в несколько минут, компенсируя лишь легкий разворачивающий момент от поля тяготения планеты. С ростом плотности газовой оболочки и скоростного напора разворачивающий момент и частота срабатывания должны расти. За условную точку входа приняли тот момент, когда скважность – доля времени, в течение которого работают ЖРД, – достигнет 10 %.

Чтобы справиться с воздействием атмо­сферы на выступающие элементы конструкции Cassini, прежде всего на 11-метровую штангу магнитометра, ЖРД будут постепенно увеличивать скважность от 10 % до 100 %. Этот этап займет примерно минуту, за которую земной аппарат спустится по пологой траектории до отметки 1500 км. Здесь возмущающие моменты от набегающего потока станут сильнее, чем стабилизирующие импульсы непрерывно работающих двигателей. Аппарат начнет разворачиваться, переходя в неуправляемое кувыркание, – и Земля уйдет с оси его антенны. Еще секунд через тридцать земной зонд начнет разрушаться, и пару минут спустя атмосфера планеты поглотит его обломки.

Последний опубликованный прогноз гласил, что Cassini начнет вход в атмосферу 15 сентября в 03:31 PDT (10:31 UTC) по бортовому времени и потеряет ориентацию минутой позже. Через 83 мин 27 сек после этого, в 04:55:16 PDT (11:55:16 UTC), последний сигнал КА достигнет Земли, и она перестанет слышать Cassini.

В целом этот прогноз сбылся: аппарат смог противостоять атмосфере Сатурна в течение 91 секунды, причем в последние 20 двигатели работали на 100 % своих возможностей. Полезный сигнал в X-диапазоне с научной информацией прервался в 11:55:39, а в S-диапазоне – в 11:55:47. По телеметрическим данным было видно, что в эти последние 8 сек Cassini начал медленно разворачиваться назад. Затем из принимаемого на Земле сигнала пропала телеметрия и осталась лишь несущая частота, но через 24 секунды перестала поступать и она. Зарывшись в атмосферу Сатурна на высоте 1391 км при скорости 34.449 км/с, земной аппарат прекратил свое существование.

«Это последняя глава удивительной миссии, но в то же время и новое начало, – провозгласил заместитель администратора NASA д-р Томас Цурбухен (Thomas Zurbuchen). – Открытие Cassini океанических миров на Титане и Энцеладе изменило все и до основания потрясло наши представления об удивительных местах для поиска жизни за пределами Земли».

«Пусть Cassini ушел от нас, но его научный дар оставит нас в работе на много лет, – пообещала научный руководитель проекта от JPL д-р Линда Спилкер (Linda J. Spilker). – Мы только слегка потерли поверхность того, что мы можем узнать из горы данных, которую он прислал нам за свою жизнь».

«Группа управления Cassini сделала абсолютно звездную работу, чтобы привести КА к его достойному концу, – отметил менеджер проекта Эрл Мейз (Earl H. Maize). – От разработки траектории семь лет назад до навигации в течение 22 душераздирающих нырков между Сатурном и его кольцами, именно эта фантастическая группа ученых и инженеров придумала должный конец для великого проекта».

За 20 лет полета Cassini преодолел 7.9 млрд км, получил и исполнил 2.5 млн команд в рамках 101 этапа полетной программы, провел 360 маневров и коррекций*, открыл шесть спутников Сатурна, сделал и передал на Землю 453 048 снимков, а всего 635 Гбайт научной информации, на основании которой к дню окончания экспедиции было опубликовано 3948 научных статей.

Зонд Cassini заснял свой последний полет мимо Энцелада, спутника Сатурна. Детальные снимки переданы на Землю в NASA.

Энцелад является одним из самых таинственных и интересных естественных спутников Сатурна. Его изучением с 2004 года занимается зонд Cassini, который запустили для исследования шестой планеты от Солнца и ее спутников. Недавно космический аппарат передал NASA фотографии Энцелада во время своего последнего полета мимо него.

В американском аэрокосмическом ведомстве рассказали, что благодаря зонду стало известно о потенциальной возможности существования на поверхности "ледяной луны" гейзеров. Именно по этой причине ученые начали тщательно изучать снимки в надежде обнаружить другие следы жидкой воды на Энцеладе. За 12 лет Cassini выяснил, что под ледяной поверхностью спутника скрывается огромный океан, в водах которого может существовать жизнь.

По расчетам экспертов в пятницу, 15 сентября, зонд Cassini завершит свою миссию и сгорит в плотных слоях атмосферы. За время своей работы аппарат совершил 22 витка вокруг второй по размеру планеты Солнечной системы. Межпланетная станция неустанно приближается к Сатурну, месту своей гибели.