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».
История «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.
Кольца
Безусловно, именно кольца делают Сатурн таким изумительно зрелищным, и выяснение сложного механизма их функционирования было основной целью проекта «Кассини». Они представляют собой естественное конечное состояние коллапса вращающегося облака обломков, и как таковые дают самый близкий аналог диска из космических валунов, который обеспечил строительный материал для нашей Солнечной системы. Они также служат моделью дозвездных дисков, из которых рождались новые солнечные системы и даже миллиарды похожих на детские вертушки скоплений пыли и газа, которые мы называем спиральными галактиками. Из всего, что можно было изучать возле Сатурна, кольца представляли самый большой научный интерес.
Благодаря выполненным «Кассини» измерениям мы пришли к пониманию происхождения большей части структур в кольцах Сатурна. В определенных местах мы обнаружили, что влияние гравитации некоторых спутников на удаленных орбитах нарушает орбиты частиц кольца, создавая острые края или волновые возмущения, которые распространяются спиралеобразно. В других случаях, там, где спутники встроены в кольца, гравитация собрала частицы в красивейшие структуры. Например, Пан, спутник диаметром примерно 30 км, расположенный внутри деления (или, как еще говорят, щели) Энке внешнего кольца A, сотворил именно это с частицами в своей окрестности; в свою очередь падающее на планету вещество кольца изменило форму Пана, в результате этот спутник выглядит так, как будто одет в балетную пачку.
В областях колец там, где плотность частиц особенно высока, мы обнаружили распространяющиеся в диске самовозбуждающиеся волны с длиной волны от 100 м до сотен километров. Эти волны могут отражаться от резких неоднородностей в частицах и интерферировать сами с собой и друг с другом, формируя хаотически выглядящий рельеф. И наши представления о структуре колец теперь включают приятное подтверждение гипотезы, которую Марк Марли, в настоящее время работающий в Исследовательском центре им. Эймса NASA, и я выдвинули в 1983 г.: что акустические колебания внутри тела Сатурна, возможно, также формируют и рельеф колец. Таким образом, кольца Сатурна ведут себя как сейсмограф.
Самые потрясающие сюрпризы кольца «Кассини» обнаружил незадолго до, во время и сразу же после равноденствия в августе 2009 г. По резкому краю внешнего и самого массивного кольца B мы обнаружили невероятную непрерывную нитку остроконечных теней длиной 20 тыс. км, выдающую наличие «кольцевых гор» — вереницы обломков, выступающих на 3 км над плоскостью кольца. Вероятно, эти образования возникли в результате очень сильного сжатия вещества кольца при прохождении около небольших мини-спутников, которые вошли в резонанс на краю кольца наподобие того, как нахлынувшая волна разбивается, налетая на поверхность отвесной скалы у береговой линии.
Читать: Столовая гора в Лабиринте Ночи
Еще одно открытие: мы увидели очень слабую слегка закрученную в спираль структуру, простирающуюся без разрывов на 19 тыс. км поперек внутренних колец C и D. В результате тщательного исследования, проведенного Мэттом Хедманом, в настоящее время работающим в Университете Айдахо, с коллегами, было обнаружено, что столкновение остатков кометы с внутренними кольцами, произошедшее в 1983 г., вытолкнуло все частицы кольца в районе столкновения на наклонные орбиты; эти орбиты испытывают прецессию, как волчок, причем внутренние прецессируют быстрее, чем внешние. С тех пор это возмущение закрутилось еще плотнее, образовав в кольцах структуру в виде спиральной складки высотой в 3 м. Во время пролета «Вояджеров» этой структуры еще не было. Солнечная система, как мы видим, — это удивительный динамический феномен, и в своих несметных и изменчивых формах кольца Сатурна демонстрируют наглядный урок универсальности, масштабируемости и бесконечной сложности гравитации. Ни один художник не смог бы нарисовать ничего подобного.
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.
Гейзеры на Энцеладе
«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.
«Землеподобная» среда Титана
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.
Множество спутников Сатурна
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.
Гексагональный шторм Сатурна
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.
Пустое место между кольцами Сатурна
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.
Спутники
До начала космического века ученые считали, что спутники планет внешней области Солнечной системы — не что иное, как ничем не примечательные, мертвые в геологическом отношении глыбы льда. «Вояджер» показал, что такое предположение в корне ошибочно; задачей «Кассини» было провести тщательное исследование армии спутников Сатурна и дать нам представление об их истории. В ряде случаев история эта оказалась весьма примечательной.
Взять, например, Япет. Причина его двухцветной раскраски — одно полушарие белое как снег, а другое черное как сажа — долгое время оставалась загадкой. Из фотографий с высоким разрешением, сделанных «Кассини», мы узнали, что даже в небольших масштабах этот спутник — пестрая мозаика из темных и светлых участков. Фото- и тепловизионные камеры «Кассини» совместно показали нам, почему это так. И различия в цвете полушарий, и локальные пестрые участки образованы быстро разрастающимся тепловым процессом, обнаруженном только на медленно вращающемся Япете. Области, которые изначально были темными, нагреваются до такой степени, что происходит сублимация льда, и таким образом они становятся все темнее и горячее, области же, которые изначально были светлыми, — холоднее, и на них конденсируются пары, образовавшиеся в результате сублимации. С течением времени весь лед из темной области испаряется и аккумулируется вновь в светлых областях. Но почему в этом процессе участвует все полушарие? Двигаясь по своей орбите вокруг Сатурна, Япет стремительно проносится сквозь облако темного мелкодисперсного вещества, занесенного сюда с Фебы, одного из удаленных нерегулярных спутников (Феба обращается в противоположном направлении по сильно вытянутой наклонной орбите). Это облако окрашивает в черный цвет все расположенное впереди по ходу движения полушарие, делая его более теплым и свободным ото льда. Загадка разгадана.
Другой замечательный спутник — Титан. Камеры «Кассини», снимающие в видимом свете и ближнем инфракрасном диапазоне, а также его радар смогли пробиться сквозь дымку Титана. И, конечно же, это сделал зонд «Гюйгенс», сев в начале 2005 г. на поверхность Титана, когда в течение двух с половиной часов он проводил панорамное фотографирование и измерения состава атмосферы, ее прозрачности, силы ветра и температуры, прежде чем прекратил работу на поверхности сатурнианского спутника. В целом «Кассини» обнаружил на Титане самый настоящий мир из научно-фантастических фильмов, где детали пейзажа — формы рельефа и облака — легко узнаваемы, но состоят из непривычного вещества, где внешний облик местности знаком, но ощущения совсем иные.
Мы обнаружили, что на Титане есть озера и моря, но не воды, а жидкого метана. На южном полюсе этого спутника камера высокого разрешения зонда «Кассини» разглядела такого рода резервуар размером с озеро Онтарио (посему получившее латинское название Ontario Lacus — «озеро Онтарио») в области, где много аналогичных «водоемов» меньших размеров. Другой измерительный прибор зонда «Кассини» подтвердил затем, что Ontario Lacus действительно заполнено жидким метаном. С тех пор мы обнаружили множество вместилищ жидкого метана различного размера. По ряду причин расположены они главным образом в высоких северных широтах. Наблюдения с помощью радара выявили крутые скалистые береговые линии, которые напоминают побережья залива Мэн. В отличие от этого экваториальные равнины там, где совершил посадку зонд «Гюйгенс», сухие и покрыты дюнами, простирающимися на большие пространства, перемежаемые то тут, то там возвышенностями по всему периметру Титана.
Открытие морей и озер жидкой органики на поверхности Титана, естественно, породило предположения о возможности существования там жизни. Но температура поверхности на Титане чрезвычайно низкая: –180° C. При таких низких температурах было бы странно обнаружить там химические реакции, аналогичные тем, что, как мы полагаем, необходимы для биохимических реакций, в основе которых — водные растворы. Но обнаружь мы действительно инопланетные биохимические процессы, успешно развивающиеся в среде метана, это было бы грандиозным открытием.
Хотя, с моей точки зрения, величайшее открытие, сделанное «Кассини», — это, безо всякого сомнения, Энцелад, покрытый льдом спутник размером в десять раз меньше Титана. «Вояджер» обнаружил там огромные, удивительно ровные пространства, которые говорят о прошлом, характеризующемся значительной внутренней активностью, а возможно даже о наличии там слоя жидкой воды, похороненного под его ледяной скорлупой, — и то и другое на спутнике, кажущемся слишком маленьким для существования на нем подобного рода физических явлений.
Читать: Илон Маск: Марсианская колония — спасение для человечества
Первый намек на существование какой-либо активности на Энцеладе был получен в самом начале экспедиции, в январе 2005 г., когда мы обнаружили шлейф ледяных частиц, вырывающийся в районе южного полюса. Наши фотографии были незамедлительно представлены общественности, и все, кто наблюдал за экспедицией «Кассини» в интернете, затрепетали от восторга. Вскоре после этого другие приборы «Кассини» подтвердили, что шлейф действительно существует. Операторы, управляющие зондом «Кассини», быстро среагировали, изменив траекторию, чтобы взглянуть на Энцелад с более близкого расстояния. Нас поразило уже то, что мы узнали об Энцеладе в течение той первой части экспедиции, но только после 2008 г., когда мы получили благословение NASA на продолжение работы, мы смогли уделить значительные время и ресурсы на исследование этого интереснейшего объекта.
Энцелад, как мы теперь знаем, — это спутник, который сплющивается и растягивается гравитационными приливными силами Сатурна. Эта приливная энергия генерирует более чем достаточно внутреннего тепла, чтобы образовать глобальный океан из воды глубиной, возможно, в 50 км, похороненный под внешней оболочкой изо льда толщиной в несколько километров. Более 100 гейзеров бьют струями из четырех больших трещин в районе южного полюса, образуя шлейф из крошечных частиц льда и пара, который поднимается на несколько сотен километров над поверхностью. Большая часть твердых частиц этого шлейфа падает назад, на поверхность, но некоторое их количество улетает прочь и образует размытое, но большое кольцо Е. «Кассини» сумел пролететь через этот шлейф десятки раз и провести анализ его материала. Мы выяснили, что частицы, которые мы видим на наших снимках и которые еще за несколько часов до того были капельками океана, несут в себе следы больших органических молекул и соединений, что указывает на гидротермальную активность, схожую с той, что наблюдается в глубоководных гейзерах на дне земных океанов. Они обнаруживают также сравнимую с земной минерализацию воды. Пар, которые сопровождает эти частицы, — большей частью просто вода, но он содержит и следы простых органических соединений, а также двуокись углерода и аммиак — все ингредиенты, важные для под- держания и даже зарождения жизни.
Результаты экспедиции «Кассини» ясно свидетельствуют о существовании под поверхностью Энцелада среды, которая могла бы поддерживать биологическую активность. И теперь мы должны дать четкий ответ на пробирающий до мурашек на коже вопрос: а не стала ли эта малая ледяная планета вторым очагом рождения жизни в нашей Солнечной системе? Не могут ли в ее шлейфе быть признаки существования жизни? Может быть, микробы как снег падают на ее поверхность? Ни одно из других небесных тел так наглядно не демонстрирует все характеристики, которые, согласно нашим представлениям, необходимы для существования жизни. В настоящее время это самое многообещающее, самое доступное место в Солнечной системе для поиска жизни. И некоторые из нас настолько увлечены такой возможностью, что мы замышляем возвращаемую экспедицию на Энцелад, чтобы выяснить это.
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.
