Финал космической оперы

1 июля исполнилось 10 лет с момента прибытия зонда «Кассини» на орбиту Сатурна и начала наблюдений за жизнью космического «властелина колец» и его многочисленных спутников. НАСА отпраздновало юбилей миссии «Кассини-Гюйгенс», опубликовав десять самых значимых научных открытий и столько же самых красивых фотографий, полученных при помощи зонда, а также объявило о новом официальном названии последнего этапа его жизни — «Финал оперы».

«Мы выбрали такое имя для этой фазы миссии, которое отражает захватывающее путешествие, ожидающие "Кассини", и одновременно признает то, что мы будем свидетелями последнего акта в этом действительно великом космическом шоу», — рассказывает руководитель проекта «Кассини» Эрл Мэйз из Лаборатории реактивного движения НАСА в Пасадене (США).

В апреле на сайте НАСА проводился необычный конкурс: инженеры, ученые и другие специалисты, работающие с «Кассини», попросили читателей помочь им выбрать официальное имя для последней фазы в жизни зонда, которая начнется в конце 2016 года, после североамериканского Дня благодарения (26 ноября). Менее чем за месяц посетители портала предложили свыше двух тысяч вариантов, одним из которых был и «Финал оперы» (англ. Grand Finale).

%FOTO%

Как отмечается в официальном пресс-релизе НАСА, во время «финала» зонд совершит целую серию очень сложных орбитальных маневров, которые помогут ему взглянуть на северный полюс Сатурна, рассмотреть недавно обнаруженные водные гейзеры на Энцеладе, а также получить снимки колец планеты-гиганта с необычных ракурсов. После завершения этих космических пируэтов запасы топлива на «Кассини» иссякнут, в результате чего он упадет на поверхность Сатурна ориентировочно 15 сентября 2017 года, что станет финалом космической «пьесы» длиной в тринадцать лет. «Русская планета» вспоминает историю создания и работы этого аппарата.

Зонд «Кассини» входит в элитный клуб так называемых «флагманских» миссий НАСА (flagship mission), самых дорогих проектов по изучению космоса, к числу которых относятся еще три аппарата: марсоход Curiosity, юпитерианский зонд Галилео и зонды «Вояджер», почти покинувшие пределы Солнечной системы. В проекте «Кассини-Гюйгенс» помимо НАСА приняли участие Европейское космическое агентство (ESA) и итальянское Agenzia Spaziale Italiana.

Планы по созданию зонда, который бы отправился к Сатурну и посадил спускаемый модуль на поверхность самого интересного его спутника — Титана, зародились в ESA и в Национальной академии наук США в начале 1980-х годов. Изначально космические агентства США и Европы хотели создать свои собственные зонды, однако в 1988 году и в НАСА, и в ESA пришли к выводу, что объединение усилий позволит реализовать все амбиции по изучению Сатурна, его колец и спутников в условиях всеобщего сокращения расходов на космос. Американские конструкторы взяли на себя обязательство собрать космический аппарат, источник питания и большую часть инструментов, а их европейские партнеры — спускаемый модуль и некоторые из научных приборов.

Благодаря международной кооперации постройка «Кассини» и спускаемого модуля «Гюйгенс» была начата в срок, в 1994 году, и завершена до предполагаемого времени запуска зонда в октябре 1997 года, несмотря на неоднократные попытки конгресса США торпедировать проект и прекратить его финансирование. Сосредоточение усилий западных космических агентств окупило себя. По сегодняшний день «Кассини» является самым большим и сложным межпланетным зондом, который когда-либо создавался на Земле. Благодаря внушительным размерам и почти 2,5 тоннам массы, «Кассини» вооружен 12 научными инструментами — тремя спектроскопами, работающими в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазоне излучения, несколькими камерами высокого разрешения, магнетометром, анализатором космической пыли и множеством других приборов.

Сатурн и его спутники расположены в десять раз дальше от Солнца, чем Земля, и поэтому энергии солнечного света просто не хватает для питания всех приборов на борту «Кассини». По этой причине конструкторы НАСА использовали в качестве источника питания радиоизотопный генератор, извлекавший электричество из тепловой энергии, выделявшийся в результате распада атомов плутония-238. Это решение вызвало массу недовольства у «зеленых» активистов, которые опасались того, что авария при запуске «Кассини» или во время околоземных орбитальных маневров может привести к выбросу 33 килограммов радионуклидов в атмосферу планеты. По этой причине они лоббировали отмену постройки «Кассини» в Конгрессе и регулярно проводили акции протеста у здания Лаборатории реактивного движения НАСА в калифорнийской Пасадене, где конструировался зонд.

После запуска в октябре 1997 года, «Кассини» путешествовал к Сатурну на протяжении семи долгих лет. В это время зонд не находился в спячке и успел получить множество снимков Венеры и Юпитера. Во время шестимесячных маневров вокруг Юпитера, «Кассини» успел «пообщаться» с другим флагманским аппаратом НАСА — зондом «Галилео», вместе с которым он получил уникальные данные о трехмерной структуре солнечного ветра и передал на Землю двусторонние снимки планеты-гиганта и ее спутников. «Кассини» достиг Сатурна в день летнего солнцестояния на этом гиганте, 1 июля 2004 года, и приступил к реализации основной научной программы, рассчитанной на четыре земных года.

Еще до прибытия в систему Сатурна, «Кассини» начал совершать открытия — он нашел три ранее неизвестных нам спутника «властелина колец», которые крайне сложно заметить при помощи земных телескопов. В последующие годы зонд обнаружил еще четыре сатурнианских «луны», чье общее число на сегодняшний день составляет потрясающие воображение 62 малых и больших планетоидов.

В рамках основной научной программы «Кассини» должен был решить семь ключевых задач, три из которых относились к изучению самого Сатурна, а четыре — к крупным и интересным для науки спутникам. За первые четыре года работы на орбите «Кассини» успел раскрыть природу и получить детальные снимки колец Сатурна, по поверхности которых, как оказалось, идут периодические волны под влиянием притяжения Титана, измерил силу магнитного поля «властелина колец» и проследил за движением облаков в верхних слоях его атмосферы.

Однако наибольшее внимание самих ученых и любителей космоса привлекали «лунные» задачи. Больше всего ученых интересовал Титан, второй по размерам и массе спутник Сатурна, который обладает густой и активной атмосферой, похожей на воздушную оболочку Земли. По этой причине изучению этой планеты была посвящена львиная доля времени работы «Кассини» на орбите Сатурна. Кроме того, зонд НАСА успел посетить многие другие крупные спутники планеты-гиганта, изучить их геологию и историю формирования.

К июлю 2008 года «Кассини» успешно решил все семь задач, и НАСА объявило о начале нового этапа в жизни зонда, который получил официальное название «Солнцестояние» (Solstice). Первые четыре года работы аппарата на орбите Сатурна прошли так гладко (за исключением единичного случая перехода в «безопасный режим» в сентябре 2007 года), что руководство НАСА решило продлить миссию «Кассини» до 2017 года. Подобный срок в девять лет был выбран не случайно — за это время на Титане должны смениться все времена года, изучение каждого из которых необходимо для раскрытия всех механизмов, управляющих климатов на этой планете.

Во время обязательной части научной миссии и во время «Солнцестояния» зонд успел совершить сотни уникальных научных открытий, десять самых значимых из которых попали в список, обнародованный на сайте НАСА на прошлой неделе.

Самым важным из них, по мнению американских специалистов, была посадка спускаемого модуля «Гюйгенс» на поверхность Титана в январе 2005 года. Несмотря на крайне короткую жизнь, которая продолжалась всего три часа после входа в атмосферу Титана, он собрал огромное количество информации о жизни спутника, которую невозможно получить с орбиты из-за высокой плотности его атмосферы. Во время двухчасового спуска «Гюйгенс» проанализировал структуру и химический состав всех слоев атмосферы Титана, которая оказалась очень похожей на воздушную оболочку Земли, увидел следы метановых дождей и ручьев и передал их фотографии обратно на Землю.

Дальнейшие наблюдения за Титаном при помощи других инструментов «Кассини» показали, что данная планета, несмотря на ее углеводородную природу и крайне низкие температуры на поверхности, действительно обладает почти земным обликом и климатом. К примеру, в 2007 году в приполярных областях Титана планетологи обнаружили целую систему из метановых озер и рек, в том числе углеводородный «Нил» длиной в 400 километров. С наступлением зимы на Титане, которая началась в апреле 2013 года, «Кассини» стал свидетелем того, как эти озера замерзают и покрываются льдинами.

Зонд «Кассини». Фото: Reuters

Кроме того, американский зонд совершил и несколько неожиданных или просто загадочных открытий на Титане, о которых ученые даже и не могли подозревать. В сентябре 2010 года «Кассини» обнаружил в верхних слоях его атмосферы на экваторе Титана гигантскую белую стрелу длиной и шириной в несколько сотен километров. Ее природа и механизм формирования оставался загадкой для планетологов на протяжении года, пока на Землю не пришла новая порция данных с «Кассини», показавшая, что эта стрела является гигантским тропическим штормом, который возникает в результате того, что меридиональные ветры сгоняют метановые пары к экватору.

Другим неожиданным, но очень значимым открытием «Кассини» стало обнаружение глобального подземного океана из жидкой воды в недрах Титана на глубине в 100 километрах от поверхности. Его существование выдали так называемые приливные силы, возникающие из-за гравитационного взаимодействия Титана и Сатурна и заставляющие планету сжиматься и расширяться, что отражалось на характере движения спутника вокруг «властелина колец».

Помимо Титана, «Кассини» сделал интересные открытия и при изучении двух других спутников Сатурна — Энцелада и Япета. Еще в 2005 году, после первого сближения с Энцеладом, американский зонд обнаружил гигантские столбы водяного пара и микроскопических кристалликов льда над его поверхностью. В дальнейшем «Кассини» обнаружил на его южном полюсе несколько водных гейзеров и «вулканов», большое число которых натолкнуло астрономов на мысль, что в недрах Энцелада тоже скрывается гигантский подледный океан. Специалистам НАСА удалось найти свидетельства его существования в 2011 году, а спустя два года — доказать возможность зарождения жизни в его водах.

Другая луна Сатурна, Япет, привлекает внимание астрономов и интригует их уже почти три столетия после того, как ее открыл итальянский астроном Джиованни Кассини. Живой тезка зонда заметил, что полушария этой планеты окрашены в совершенно разные цвета — повернутая к Солнцу сторона Япета окрашена в темный, черно-красный свет, а другая часть планеты — в почти чисто белый. Ученые долгое время гадали, что превратило Япет в гигантское подобие символа «инь-ян», и только снимки с «Кассини» помогли им выяснить, что в этом виновата пыль с других спутников «властелина колец», которая осаждается на темном полушарии планеты и помогает солнечным лучам растапливать ее льды.

Сегодня «Кассини» находится в великолепном состоянии и продолжает свою научную работу на орбите Сатурна. Буквально через три недели, 20 июля, американский зонд сблизится с Титаном в уже 103-й раз, во время чего он пролетит в пяти тысячах километров от поверхности планеты. На сайте НАСА отмечается, что этот эпизод в жизни «Кассини» станет одним из двух самых научно значимых эпизодов в программе «Солнцестояния». В этот момент Титан будет проходить по диску Солнца, что позволит ученым получить детальные данные по температуре, химическому составу и свойствам самых далеких от поверхности слоев атмосферы.

В последующие месяцы и годы «Кассини» ожидают и другие встречи с Титаном и прочими спутниками Сатурна, во время которых, как надеются ученые, будут совершены новые открытия, которые потеснят текущую «десятку» НАСА с насиженного места. Тем не менее всему когда-то приходит конец — радиоизотопный генератор «Кассини» имеет ограниченный срок службы. К 2017 году его мощность может снизиться настолько сильно, что вырабатываемого электричества и тепла будет не хватать для нормальной работы зонда.

По этой причине НАСА посвятит последний этап в жизни зонда, получивший название «Финала оперы», самым рискованным и необычным орбитальным маневрам, которые позволят рассмотреть систему Сатурна с новых ракурсов. Логическим завершением этой космической пьесы станет падение «Кассини» на Сатурн, во время которого ученые планируют получить уникальные сведения о структуре атмосферы «властелина колец» и о свойствах его магнитной оболочки.