От Земли до Сатурна. Жизнь «Кассини» и его открытия в фотографиях

Москва. 15 сентября. сайт - В пятницу в 14:54 по московскому времени завершилась почти 20-летняя миссия космического зонда "Кассини". После нескольких завершающих облетов межпланетную станцию направили в атмосферу Сатурна, в плотных слоях которого она сгорела.

Зонд передавал данные об атмосфере второй по размеру планеты Солнечной системы до самого своего конца. Собранной информации хватит на многие годы исследований: аппарат за свою жизнь передал на Землю 453 048 фотографий, это 635 Гб научных данных. Все новые снимки, сделанные "Кассини", представлены на специальной странице сайта NASA. Общая стоимость проекта составила $3,9 млрд.

У показавшей завидное долголетие и выносливость станции "Кассини" солидный послужной список: 293 оборота вокруг Сатурна, из них 162 прохода возле его спутников, 7 открытых новых спутников планеты: Мефона, Полидевк, Паллена, Дафнис, Анфа, Эгеон и S/2009 S 1. Зонд обнаружил океан на шестом по размеру спутнике Сатурна -Энцеладе, а также океан, три моря и сотни малых озер на Титане.

Зонд был назван в честь итальянского астронома и инженера Джованно Кассини. Его миссия началась 15 октября 1997 года с запуска ракеты TitanIVB/Centaur. Она несла аппарат НАСА "Кассини" и прикрепленный к нему зонд Европейского космического агентства Гюйгенс, предназначенный для изучения Титана - крупнейшего спутника Сатурна.

В 2004 году "Кассини" долетел до газового гиганта и разделился с Гюйгенсом - тот направился в сторону Титана. Миссия Гюйгенса продлилась до 14 января 2005 года и завершилась через час после посадки на Титан, однако и он за это сравнительно небольшое время сделал немало открытий.

В задачи "Кассини" входило изучение структуры колец, а также динамики атмосферы и магнитосферы Сатурна.

9 октября 2008 года "Кассини" заставили сделать самый опасный маневр - пролететь на скорости в 17,7 км/с в 25 км от Энцелада. Это было необходимо для того, чтобы сделать анализ состава водяного пара его гейзеров.

За все время миссии зонд совершил 23 пролета Энцелада. В десяти из них аппарат приближался на расстояние меньше 100 км. Он установил, что подповерхностный океан спутника малопригоден для земных форм жизни, однако в выделениях гейзеров обнаружил химические элементы, которые могут свидетельствовать об образовании под поверхностью спутника органических веществ.

Миссия зонда неоднократно продлевалась - сначала после завершения основной миссии в 2008 году, и еще раз - в 2010 году. Однако ресурс аппарата все-таки подошел к концу, на нем почти закончились запасы топлива. 4 апреля 2017 года было объявлено о завершении миссии 15 сентября 2017 года.

Ученые посчитали, что в случае падения аппарата на Энцелад на спутник могут попасть земные бактерии. Поэтому было принято решение направить "Кассини" к Сатурну.

Финальная миссия зонда получила название Grand Finale ("Большой финал"). Она представляет собой управляемое падение в атмосферу планеты после нескольких завершающих облетов. За это время станция шла по спиралеобразной траектории и сделала 22 "нырка" в 2000-километровом пространстве между поверхностью планеты и ее кольцами.

Свои последние снимки зонд сделал за несколько часов до вхождения в атмосферу. При сближении с планетой развернутая в сторону Земли антенна станции передавала собранные спектрометрами данные об атмосфере Сатурна. В результате финальной миссии ученым достанется большое количество информации о самой планете и системе ее колец.

«Кассини» - космический аппарат, автоматическая межпланетная станция, исследующая Сатурн, его кольца и планетарную систему. Названа в честь астронома Джованни Кассини и запущена к гигантской планете в октябре 1997 года. С тех пор зонд работает прилежно, делая снимки, измеряя спектр, магнитосферу, составляя карты поверхности Сатурна, Титана и других его спутников, а в 2017 году должен будет погибнуть, столкнувшись с предметом своих изучений. Вместе с «Кассини» на Сатурн отправился 320-килограммовый зонд «Гюйгенс». Сама миссия «Кассини-Гюйгенс» оказалась чрезвычайно успешной и позволила нам разглядеть Сатурн и его систему с самых разных ракурсов.

Ученые уже знают, сколько времени длятся сутки на планетах Солнечной системы. К сожалению, точная длительность суток на Сатурне до сих пор оставалась неизвестной, так как исследования давали разные показатели. В XX веке предположить длительность суток на планете можно было только по результатам наблюдений с наземного телескопа, но после запуска первых беспилотных зондов цифры становились более точными. Наконец, данные с аппарата « » дали точный ответ, который перечеркивает все предыдущие предположения.

Всего через несколько часов аппарат "Кассини", с 2004 года находящийся на орбите Сатурна, сфотографирует нашу планету. Конечно, Земля не единственная и даже не главная цель сегодняшнего исследования, но думаю многим было бы интересно взглянуть на маленькую голубую точку с расстояния 1,44 миллиарда километров. Что интересно, практически одновременно с Кассини, 19 и 20 июля Землю будут фотографировать находящийся на орбите Меркурия аппарат "MESSENGER".

Возможно, кто-то даже захочет сегодня вечером/ночью (съемка начнется в в 21:27 по Гринвичу) выйти на улице и помахать "Кассини рукой". А пока, можно вспомнить лучшие фото этой миссии, которая длится уже свыше 15 лет.

До Сатурна, "Кассини" посетил Юпитер и сделал ряд снимков крупнейшей планеты Солнечной системы. На представленном фото один из самых известных спутников газового гиганта Ио, славящийся своей вулканической активностью.

Два "Титана". Крупнейший спутник Сатурна на фоне планеты.

Тигровые полосы Энцелада - одного из самых геологических активных и необычных тел Солнечной системы.

Огромная тень от планеты ложится на кольца Сатурна.

Вспышка солнечного света, отраженная от метанового озера на Титане.

Спутник Сатурна Прометей сфотографированный с расстояния приблизительно 34000 километров. Прометей еще называют "пастухом" кольца F. Гравитационное поле Прометея создаёт изломы и петли в кольцах и спутник как бы "крадёт" из них материал.

Прометей создает возмущение в кольце F.

Равноденствие на Сатурне.

Ледяное извержение на Энделаде. Считается что выбрасываемое со спутника вещество является источником, питающим внешнее кольцо Сатурна, известное как "Кольцо F"

Спутник Сатурна Мимас. Огромный кратер Гершеля, оставшийся в наследство от древнего катастрофического столкновения, чуть не расколовшего спутник пополам, делает его чем-то похожим на Звезду смерти.

Спутник Сатурна Гиперион. Необычный внешний вид обусловлен последствиями нескольких катастрофических столкновений на раннем этапе формирования солнечной системы. Плотность Гипериона настолько мала, что он, вероятно, состоит на 60 % из обычного водяного льда с небольшой примесью камней и металлов, а основную часть его внутреннего объёма составляют пустоты

Тень от колец Сатурна на поверхности планеты.

Шторм на Сатурне.

Мимас на фоне колец Сатурна.

Тень от Титана на поверхности Сатурна.

Четыре спутника Сатурна и его кольца на одном снимке.

Титан. До миссии "Кассини-Гюйгенс" нам было известно не так и много о том, что происходит на его скрытой облачным покровом поверхности.

Сатурн и его кольца.

Американский аппарат "Кассини", запущенный в октябре 1997г., предназначен для изучения Сатурна и его спутника Титана. Cтанция прошла мимо и Юпитера, прибыв к Сатурну 30 июня 2004г. и став первым искусственным спутником этой планеты.

"Кассини" несет на борту европейский зонд "Гюйгенс", который в январе 2005г. впервые должен опуститься на Титан - единственный в Солнечной системе спутник с плотной атмосферой. За время своей миссии "Кассини" совершит не менее 76 оборотов вокруг планеты-гиганта и 45 сближений с Титаном.

Разработка и сборка "Кассини" была осуществлена в Лаборатории реактивного движения НАСА (Jet Propulsion Laboratory, JPL). Зонд "Гюйгенс" создан Европейским космическим агентством. Весь проект обошелся более чем в 3,4 млрд. долл., 75% этой суммы выделили США. Следует заметить, что в настоящее время только НАСА делает радиоизотопные электрические генераторы, являясь тем самым монополистом в производстве аппаратов, предназначенных для изучения дальних планет. На орбите Сатурна "Кассини" должен провести не менее 4 лет, сделав 76 витков вокруг планеты, включая 45 сближений с Титаном, 3 - с Энцеладом и по одному с Фебой, Гиперионом, Дионой и Реей.

Не исключено, что миссия будет продлена и на больший срок. Ранее мимо Сатурна пролетали "Пионер-11" и "Вояджеры". В миссию "Кассини" входит изучение: атмосферы Сатурна, включая ее динамику, структуру, облака, ветры, молнии, температуру и химический состав; ионосферы и магнитного поля планеты; колец Сатурна, включая составление карты химического состава и размера частиц колец; взаимодействия колец со спутниками, ионосферой и магнитным полем Сатурна; химического состава и структуры атмосферы Титана; поверхности Титана, включая ее физическое состояние (жидкая/твердая), химический состав, рельеф и геологию; других спутников Сатурна. В частности, планируется получение снимков поверхности Титана с борта "Гюйгенса", а также составление карты Титана с помощью радара "Кассини". Траектория полета "Кассини" была рассчитана с целью минимизации затрат топлива. В результате аппарат два раза прошел мимо Венеры (в 1998г. и 1999г.), один раз мимо Земли, а также мимо Юпитера. Таким образом, в миссию станции вошли задачи по изучению Венеры и Юпитера (включая совместные эксперименты с "Галилео").

Вес "Кассини" при старте составил 5710 кг, включая 320-килограммовый "Гюйгенс", 336 кг научных приборов и 3130 кг топлива. Размеры станции составляют 6,7 м в высоту и 4 м в ширину. Магнитометр смонтирован на 11-метровой мачте, имеются также три 10-метровые выносные конструкции, выполняющие роль антенн для регистрации волн в плазме. Аппарат содержит 14 км проводов и кабелей. Орбитальный модуль "Кассини" несет 12 научных приборов, "Гюйгенс" - еще 6, что позволяет проводить 27 различных научных экспериментов. Аппарат содержит внушительную компьютерную начинку.

Фактически каждый научный инструмент снабжен собственным микрокомпьютером, а все инженерные системы - двумя (с целью повышения надежности). Основной компьютер производства фирмы IBM имеет память в два "мегаслова" (megaword). Компьтер спроектирован для применения в авиации и ранее доказал свою высокую надежность в экстремальных условиях эксплуатации. Компьютерная система имеет многоступенчатую систему защиты от ошибок и сбоев. Хранение научной и служебной информации осуществляется специальным устройством, не имеющим движущихся частией (на предшествующих аппаратах использовалась магнитная лента). Выработка электроэнергии осуществляется тремя радиоизотопными термоэлектрическими генераторами. "Кассини" несет на борту свыше 30 кг плутония-238, который распадаясь выделяет тепло, преобразуемое в электричество.

На аппарате установлены два основных реактивных двигателя мощностью по 445 ньютонов (двигатель продублирован на случай поломки). "Кассини" также оборудован 16-ю двигателями малой тяги, используемыми для стабилизации аппарата, а также при малых орбитальных маневрах.

"Кассини" стабилизирован в трех плоскостях за счет работы двигателей, а также специальных дисковых устройств (точно направленная стабилизация аппарата достигается за счет поворота дисков, осуществляемых электромоторами) и гироскопов. Навигация осуществляется по звездам, в компьютер заложены координаты 5000 звезд.

Аппарат оборудован одной основной и двумя маломощными антеннами. Основная антенна используется для связи с Землей на частоте 8,4 Ггц, для приема данных от "Гюйгенса", а также как радар. Антенна также используется при проведении экспериментов по прохождению радиосигнала (в разных диапазонах) через атмосферы Сатурна и Титана и кольца , что позволяет определить давление в атмосферах, размер частиц колец и др. параметры. До отлета "Кассини" на значительное расстояние от Солнца 4-метровая тарелка основной антенны использовалась для защиты аппарата от солнечного излучения. Поскольку при этом антенна не была направлена на Землю, для связи использовались две маломощные антенны (в принципе для связи с Землей достаточно одной маломощной антенны).

"Кассини" оборудован двумя камерами: для обзорных снимков и для снимков небольших областей с высоким разрешением. Камеры работают не только в видимом диапазоне, но захватывают также часть инфракрасного и ультрафиолетового спектра. Электронная система камер позволяет сжимать снимки "на лету". Разрешение камеры позволяет увидеть монету диаметром 1,5 см с расстояния 4 км. Планируется получить сотни тысяч снимков.

Установленный на "Кассини" инфракрасный спектрометр предназначен для определения температуры и состава атмосферы или поверхности объекта. В частности, прибор позволяет определить распределение температуры и давления в глубину атмосферы, состав газов, а также структуру облаков и паров. Прибор работает в ближней и средней области инфракрасного излучения, его чувствительность в 10 раз превышает соответствующий показатель "Вояджеров". Еще один инфракрасный спектрометр, работающий в видимой и инфракрасной частях спектра, выполняет те же задачи, позволяя увеличить количество данных. Кроме того, дополнительный спектрометр предназначен для выявления сложных органических ("пребиотических") веществ. Ультрафиолетовый спектрометр позволяет получать детальные изображения в ультрафиолете, что поможет в определении структуры атмосфер, температуры, структуры аэрозолей в атмосферах. Радар "Кассини" (использующий основную антенну) позволит картировать поверхность Титана, а также регистрировать радиоизлучение в широком диапазоне частот (включая частоты, недоступные с Земли).

Помимо этого на станции установлен прибор по регистрации радиоволн, а также волн в плазме. "Кассини" несет приборы для изучения магнитных полей, магнитосферы, регистрации заряженных частиц, регистрации пылевых частиц.

Спускаемый аппарат "Гюйгенс" (Huygens) имеет диаметр 2,7 м. Он состоит из двух частей: защитный модуль и спускаемый модуль. Защитный модуль содержит оборудование по контролю за аппаратом после отделения от "Кассини", а также мощный защитный слой, препятствующий гибели аппарата в результате разогрева при входе в атмосферу. При снижении будут использоваться три парашута.

В спускаемом модуле находятся научные приборы, включая: анализатор структуры и физических характеристик атмосферы (этот же прибор будет записывать "звуки Титана" после посадки), спектральный радиометр (способный работать как фотокамера и делать снимки, а также регистрировать распределение температур в атмосфере и на поверхности), газ-хроматограф и масс-спектрометр для анализа химического состава атмосферы, анализатор структуры и химического состава облачных частиц и взвеси, анализатор физических характеристик поверхности. Предусматривается, что "Гюйгенс" сядет на твердую или жидкую поверхность Титана в январе 2005г. и проработает несколько десятков минут (малое время работы обусловлено разрядкой батарей в условиях крайне низких температур, а также агрссивностью среды).

Облака над Сатурном. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

NASA сообщило о прекращении 20-летней миссии по исследованию Сатурна. Зонд «Кассини» (назван в честь итальянского астронома Джованно Кассини — ред. ) опустился в атмосферу планеты и сгорел. Последний сигнал аппарата шел 83 минуты и достиг Земли в 14:55 мск.

Миссия «Кассини-Гюйгенс» началась в 1982 году, над ней работала объединенная рабочая группа Национальной академии наук США и Европейского научного фонда. В октябре 1997 года аппарат запустили с мыса Канаверал. На орбите Сатурна аппарат провел почти 13 лет, за это время он передал на землю 635 гигабайт данных и 453 тысячи снимков.

Орбиты планеты корабль достиг только в 2004 году, сделав до этого маневры вокруг Венеры, Земли и Юпитера. Ранее планировалось, что миссия завершится в 2008 году, ее решили продлить до 2010 года. Окончательное решение о завершении миссии приняли в 2017 году из-за нехватки топлива.

Одним из самых главных достижений миссии посадку спускаемого зонда «Гюйгенс» на Титан (крупнейший спутник Сатурна — ред. ) 14 января 2005 года. Аппарат изучил атмосферу спутника.

Метановые облака над Титаном. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Зонд делал фотографии колец Сатурна, которые состоят из частиц льда и пыли. До сих пор не известно, когда они образовались и почему. Снимки «Кассини» помогли ученым открыть новое кольцо Сатурна — кольцо Януса-Эпиметея. Аппарат изучил ранее неизвестные спутники планеты — Полидевк, Паллена, Мефона, Анфа, Эгеон и Дафнис.

Снимок «Кассини» показывает волновую структуру колец Сатурна, он сделан 4 июня 2017 года. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Аппарат изучал и другой спутник Сатурна — Энцелад. По снимкам «Кассини» было видно, что на спутнике есть 250-километровые шлейфы воды, бьющие из ледяных разломов на поверхности спутника. Ученые выяснили, что подо льдом находится океан глубиной в 45 километров. Толщина льда может достигать от двух до двадцати километров.

Энцелад. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

В 2015 году «Кассини» совершил самый опасный маневр — пролетел сквозь шлейфы Энцелада. Благодаря этому, ученые выяснили, что в выбросах спутника есть химические элементы, которые могут свидетельствовать об образовании под поверхностью органических веществ.

Шлейфы Энцелада. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

Последняя миссия зонда называлась Grand Finale, она заключалась в управляемом падении аппарата в атмосферу планеты. «Кассини» за это время 22 раза пролетел между поверхностью Сатурна и его кольцами (расстояние составляет примерно 2 тысячи километров).

Один из последних снимков «Кассини», сделанный 13 сентября 2017 года. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute
Последний снимок аппарата. Фото: NASA/JPL-Caltech/Space Science Institute

«Это заключительная глава удивительной миссии, но это также и начало. Открытие "Кассини" океанических миров на Титане и Энцеладе изменило все, перевернув наше представление об удивительных местах для поиска потенциальной жизни за пределами Земли», — сказал заместитель администратора Научного представительства NASA Томас Зурбухен.

Центр управления миссией Cassini после получения последнего сигнала от зонда. Скриншот из транслации NASA Jet Propulsion Laboratory