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.

Сегодня автоматическая межпланетная станция «Кассини» закончила свой космический путь, который длился без малого 20 лет. Станция сгорела в атмосфере Сатурна, но до последнего момента передавала NASA информацию со своих датчиков.

Аппарат вошёл в атмосферу одной из самых крупных планет Солнечной системы ещё 17 августа. Миссия «Кассини» заключалась в исследовании Сатурна, сборе данных об атмосфере, скорости ветра и температуры на поверхности планеты.

Дитя холодной войны

История грандиозной по своему масштабу миссии «Кассини-Гюйгенс» началась в 1982 году, когда Европейский научный фонд и Американская национальная академия наук объединили усилия для совместных исследований. Тогда европейские учёные предложили два совместных проекта: отправку спутника на орбиту Сатурна и зонда на поверхность спутника планеты — Титана. К 1986 году удовлетворительное заключение о потенциале этих миссий выдали NASA и Европейское космическое агентство (ЕАК).

Хотя проект исследования Сатурна и его спутника носил исключительно научный характер (в отличие от многих других космических проектов, которые были прямо или косвенно связаны с военными разработками), здесь также не обошлось без политики. В те годы NASA мало считалось с европейскими коллегами, принижая их научный и исследовательский потенциал, и европейские исследователи космоса охотно шли на сотрудничество с Советским Союзом. Достаточно отметить, что первый космонавт Франции отправился в полёт на советском корабле «Союз Т-6».

В NASA решили, что пора исправлять ситуацию и нужно протянуть руку дружбы европейским коллегам, так как советская конкуренция в космической отрасли ощущалась всё сильнее. Так на свет появился проект «Кассини-Гюйгенс».

Долгая дорога в космосе

После окончания холодной войны проект собирались свернуть, но NASA настояло на его продолжении: в агентстве опасались, что отказ от «Кассини-Гюйгенса» сильно разочарует европейских коллег, а это могло сказаться и на других сферах сотрудничества.

15 октября 1997 года аппарат, над которым трудились представители 15 государств, отправился в полёт с мыса Канаверал. Обе идеи — выход на орбиту Сатурна и исследование Титана — объединили в одну концепцию «Кассини-Гюйгенс», где «Кассини» — название орбитальной станции, а «Гюйгенс» — аппарата, предназначенного для спуска на Титан.

Полёт к Сатурну продолжался несколько лет. Можно было бы сказать, что он сопровождался «множеством приключений», но все они являлись частью сложных расчётов, в которых принимали участие сотни специалистов. «Кассини-Гюйгенс» использовал для манёвра и ускорения гравитационное поле Венеры, с большим риском проходил сквозь пояс астероидов и лишь в 2004 году достиг лун Сатурна.

• JPL-Caltech

В декабре 2004 года зонд «Гюйгенс» отделился от аппарата и направился к Титану, где совершил посадку 14 января 2005 года. А «Кассини» вышел на орбиту Сатурна.

Времена года, гейзеры и космическая пыль

Благодаря «Кассини» было совершено множество открытий, не говоря уже о фотографиях, которые были сделаны в том числе во время полёта аппарата к Сатурну. К примеру, учёным удалось получить самый детальный портрет Юпитера.

• Юпитер
• globallookpress.com
• NASA/ZUMAPRESS.com

В 2011 году аппарат смог снять ураган, который обогнул Сатурн и замкнулся, образовав кольцо в атмосфере планеты. Благодаря «Кассини» были обнаружены ранее неизвестные спутники Сатурна, которые вращаются вместе с его кольцами: Метона, Паллена, Эгеон и другие.

Самым впечатляющим из открытых спутников Сатурна оказался Энцелад: к 2014 году на его поверхности насчитали более ста гейзеров.

• Энцелад
• JPL-Caltech/Space Science Institute

По мнению учёных, под ледяной поверхностью Энцелада может находиться вода. Теоретически это говорит о возможности существования жизни на спутнике Сатурна.

Доставленный с помощью «Кассини» на поверхность Титана «Гюйгенс» проработал очень недолго. Но за те 219 минут, в течение которых «Кассини» принимал его сигнал, «Гюйгенс» успел передать около 350 фотографий Титана и множество данных о поверхности и атмосфере планеты.

«Кассини» продолжал удивлять даже в последние месяцы своей работы. В мае 2017 года аппарат снял солнцестояние на Сатурне, которое происходит раз в 15 лет. Теперь учёным известно, что времена года на планете сменяются очень быстро.

«Во время миссии «Кассини» по наблюдению за солнцестоянием мы впервые с близкого расстояния проанализировали целый сезон на Сатурне. Система Сатурна значительно изменяется от зимы к лету, и благодаря «Кассини» мы наблюдали за этим событием «с первого ряда», — рассказала Линда Спилкер, научный сотрудник проекта из лаборатории реактивного движения.

Также благодаря «Кассини» было окончательно доказано, что между кольцами Сатурна нет пыли, а пространство между ними является «большой пустотой».

Космический аппарат "Кассини" 26 апреля 2017 года вошел в последнюю стадию своей жизни под названием "Большой финал" - зонд в последний раз перед завершением миссии сблизился с самым большим спутником Сатурна Титаном. "Кассини" уже предал на Землю последние сделанные фото, после этого он максимально приблизился к Титану, самой землеподобной луной Сатурна, гравитация которого позволила аппарату разогнаться и отправиться в свой последний полет по орбите между кольцами Сатурна и верхними слоями атмосферы газового гиганта, передает NASA .

Исследователи надеются, что во время последнего полета зонда "Кассини" аппарату удастся собрать максимальное количество ранее неизвестной информации, которая позволит им определить продолжительность дня Сатурна, а также возраст его колец. Правда, пребывание на орбите Сатурна станет причиной падения зонда в плотные слои атмосферы планеты-гиганта, в результате чего он просто сгорит.

Зонд "Кассини" отправился в последний полет между Сатурном и его кольцами - последние фото

Последний полет зонда "Кассини" по орбите Сатурна станет финалом 12-летней экспедиции, за время которой он получил множество новых фотографий планеты, а также просветил ее углеводородные озера и моря при помощи своих радаров. Но до полного сгорания в атмосфере газового гиганта аппарат успеет совершить еще 22 пролета между кольцами Сатурна и их "властелином", собирая и передавая данные о данной планете до самого своего конца.

Напомним, зонд "Кассини" впервые прибыл к Сатурну 30 июня 2004 года и стал первым искусственным спутником этой планеты.14 января 2005 года зонд "Гюйгенс", которого "Кассини" нес на своем борту, впервые опустился на Титан. 15 сентября 2017 года исследовательская миссия космического аппарата "Кассини" завершится - за годы изучения системы Сатурна зонд прошел вблизи этого огромного спутника 126 раз, и каждый раз он переходил на новую траекторию, которая направляла его к новым объектам исследования.

Зонд "Кассини" - последний полет между Сатурном и его кольцами (видео):

В ходе своей миссии аппарат сделал 293 оборота вокруг Сатурна, среди которых выполнил 162 прохода вблизи его спутников и открыл 7 новых из них, передал на Землю 453 048 фотографий в составе 635 Гбайт научных данных и стал источником для 3 948 научных публикаций. Им были обнаружены океан на Энцеладе, а также океан, 3 моря и сотни малых озёр на Титане. В данном проекте участвовало около 5 тысяч человек из 27 стран, а его общая стоимость составила 3,9 млрд $ в которые начальные доли распределялись как: 2,6 млрд $ от американского агентства NASA, 500 млн $ от европейского ESA и 160 млн $ от итальянского ASI.

Конструкция Кассини

Аппарат Кассини-Гюйгенс в процессе испытаний. Круглая оранжевая часть на переднем фоне - Гюйгенс, осуществивший посадку на Титан, белая часть - 4-метровая антенна/радар Кассини

Схема аппарата под разными углами:

Зонд, названный в честь Джованно Кассини (открывшего со 2-го по 5-й спутники Сатурна) имеет целых 6,8 м в высоту и 4 м в ширину при сухом весе в 2150 кг (это был третий по массе межпланетный зонд после пары советских «Фобосов»). Сатурн достигает только 1,1% от солнечной энергии, доступной нам на орбите Земли, поэтому зонд питается 3 РИТЭГами таких же огромных размеров как и сам аппарат - они имеют 32,7 кг плутония-238 (это в 3,6 раз больше чем было у обоих Вояджеров на старте, в 6,8 раз больше чем есть у Кьюриосити и видимо больше всего плутония доступного NASA на данный момент: , ). Аппарат имеет 1630 отдельных электронных компонентов и 22 тыс. проводных соединений при общей длине кабелей в 14 км, а управляется - дублированными 16-битными компьютерами 1750A (ещё один такой управлял ракета-носителем Titan IV выводившим аппарат на орбиту). Научное оборудование включает в себя 12 инструментов сгруппированные в три группы, которые предназначены для 27 отдельных научных исследований:

Датчики оптического диапазона:

1) Композитный инфракрасный спектрометр, включающий в себя камеры 3 диапазонов (CIRS); 2) широкоугольная и узкоугольная (диаметром в 33 см) камеры видимого диапазона с набором из нескольких фильтров для разных цветов и ПЗС-матрицами разрешением 1024x1024 пикселей. (ISS); 3) ультрафиолетовый спектрометр, включающий в себя 4 телескопа (UVIS); 4) картографирующий спектрометр видимого и инфракрасного диапазона, разбивающий видимый им свет на 352 спектральных участка (VIMS);

Датчики магнитных полей и заряженных частиц:

Датчики радиоволн:

11) 4-метровый в диаметре радар, предназначенный для картографии спутников Сатурна (Radar); 12) научная радио подсистема заключающаяся в использовании основной 4-метровой антенны для наблюдения Сатурна, его колец и спутников на просвет радиоволнами (RSS). Задержка сигнала у Сатурна составляет 68-84 минут в одну сторону.

Через тернии к Сатурну

Вес орбитального и посадочного зондов был слишком велик чтобы их можно было напрямую запустить к Сатурну (с 350 кг Гюйгенса общий вес аппарата составлял 2,5 тонны) - даже с учётом того что Titan IV на котором летел Кассини-Гюйгенс имела на 40% большую полезную нагрузку чем Titan IIIE на котором летели Вояджеры. Поэтому аппаратам пришлось немало поскитаться по Солнечной системе, набирая скорость гравитационными манёврами для встречи с Сатурном: после старта 15 октября 1997 года, 5,7-тонная связка из двух аппаратов заправленных 2978 кг топлива отправились на встречу с Венерой. Выполнив у неё 2 гравитационных манёвра 26 апреля 1998 года и 24 июня 1999 года (в которых они пролетали всего в 234 и 600 км от планеты соответственно), они 18 августа 1999 года вернулись ненадолго к Земле (пролетев от нас в 1171 км) после чего отправились уже к Юпитеру.

Снимок Луны сделанный узкоугольной камерой аппарата в ближнем ультрафиолете, с дистанции около 377 тыс. км и выдержкой в 80 мкс.

Пролетая сквозь пояс астероидов, аппарат встретился 23 января с астероидом Мазурский : к сожалению дистанция составляла 1,6 млн км, да и сам астероид был размерами всего 15x20 км, так что фотография составила меньше 10 на 10 пикселей. 30 декабря 2000 года Кассини-Гюйгенс встретился с Юпитером и своим собратом - Галилео , миссия которого уже приближалась к финалу (свою миссию он завершил почти 14 лет назад таким же самоотверженным подвигом, который собирается сейчас совершить Кассини). Этот 4-й по счёту гравитационный манёвр наконец придал двум аппаратам достаточную скорость для встречи с Сатурном 1 июля 2004 года, к этому времени он уже пропутешествовал 3,4 млрд км.

Чтобы не терять понапрасну время - команда миссии использовала радиоантенны аппарата для уточнения эффекта Шапиро (замедление распространения радиосигнала при движении его в поле гравитации тяжёлого объекта). Точность измерений удалось увеличить с предыдущих результатов в 1/1000 у Викингов и Вояджеров до 1/51000. Опубликованные 10 октября 2003 года результаты полностью совпадали с предсказаниями общей теории относительности.

На графике отчётливо видны пики встреч с планетами (после которых у аппарата прибавляется скорость), длинный спуск с небольшим изломом у Юпитера (когда аппарат летел на встречу Сатурну, постепенно разменивая кинетическую энергию на потенциальную, выбираясь из «гравитационного колодца» Солнца), и серия волн в конце (когда аппарат вышел на орбиту Сатурна, и начал вращаться на его орбите).

Долгожданная встреча и основная миссия

27 мая 2004 года Кассини впервые с декабря 1998 года включил свой основной двигатель для придания аппарату импульса в 34,7 м/с, который был нужен для коррекции траектории, которая провела его 11 июня в 2068 км от Фебы - очень удалённого спутника Сатурна, который предположительно образовался в поясе Койпера и был в дальнейшем был захвачен гравитационным притяжением Сатурна. Из-за огромного радиуса орбиты этого спутника (составляющего в среднем около 12,5 млн км) - это была единственная встреча Кассини с этим спутником.

1 июля основной двигатель аппарата был включен ещё раз (уже на 96 минут), чтобы сбросить 626 м/с скорости для выхода на орбиту Сатурна. В тот же день была открыта Мефона и переоткрыта Паллена , которая была обнаружена ещё на одном из снимков Вояджера-2, но так как её не было на остальных снимках, орбиту небесного тела не удалось установить и на 25 лет оно получило обозначение S/1981 S 14. Уже на следующий день Кассини выполнил первый пролёт мимо Титана, 24 октября был открыт ещё один спутник (Полидевк), а 24 декабря был сброшен посадочный зонд Гюйгенс.

14 января 2005 года Кассини выступил в роли ретранслятора для посадочного зонда (о нём речь пойдёт ниже), а на следующий день аппарат максимально сблизился с Титаном и с помощью своего радара обнаружил 440-километровый кратер на его поверхности. 6 мая был обнаружен спутник Дафнис , который обитает на краю щели Килера :

На краях 42-километровой щели были обнаружены волны вызванные весьма слабым притяжением Дафниса (вес которого составляет всего 77 млрд тонн, что создаёт притяжение в 25-100 тыс. раз ниже земного):

Экватор Сатурна и плоскость его колец наклонены на 27° относительно эклиптики, так что мы можем наблюдать оба полюса Сатурна также как и наблюдать его кольца с верхней и нижней стороны. Но так как они наблюдаются под большим углом и с огромных дистанций (1,2-1,66 млрд км в зависимости от взаимного положения Земли и Сатурна) - разглядеть там что-нибудь было просто невозможно, так что скажем шестиугольник Сатурна - был обнаружен только пролетающими мимо Вояджерами.

Фотография Сатурна в естественных цветах, состоящая из 36 снимков Кассини сделанных 19 января 2007 года тремя фильтрами (красным, зелёным и синим). Выдержка снимков сделана с расчётом на видимость тёмных областей колец, поэтому поверхность Сатурна получилась сильно переэкспонированной.

В 2005 году было установлено что через гейзеры Энцелада его ежесекундно покидает около 250 кг водяного пара со скоростью до 600 м/с. В 2006 году учёным удалось установить что именно они являются источником материала для предпоследнего и самого широкого - кольца E.

22 июля 2006 года аппарат пролетел над северными широтами Титана и на радарной карте сделанной аппаратом впервые были обнаружены тёмные области, свидетельствующие о том, что в этих местах на поверхности находятся метановые озёра. За выполненные аппаратом 127 пролётов этого спутника были в подробностях изучены множество участков его поверхности, на некоторых из которых наблюдались динамические изменения. Среди таковых было море Лигеи , имеющее размеры в 420x350 км и среднюю глубину около 50 м с максимумом более 200 м (максимальная глубина регистрируемая радаром):

Наиболее вероятной причиной таких измерений считаются волны, твёрдые тела под или над поверхностью или пузыри в толще жидкости (которые влияют на отражающую способность поверхности).

30 мая 2007 года был обнаружен 2-километровый спутник Анфа , а 10 сентября аппарат прошёл всего в 1600 км от Япета , но уже при передаче снимков в компьютер аппарата попала частица космических лучей , которая вызвала его переход в безопасный режим. К счастью снимков при этом потеряно не было. Незадолго до этого события пришло видео-поздравление Артура Кларка с этим событием (согласно одному из его известнейших романов - «2001: Космическая одиссея» - на поверхности Япета находился один из монолитов).

Видео-поздравление и его перевод

Здравствуйте! Это Артур Кларк, присоединяющийся к вам из моего дома в Коломбо , Шри-Ланка.

Я рад быть частью этого события по пролёту Япета космическим аппаратом Кассини.

Я отправляю моё приветствие всем друзьям - известным и не известным - которые собрались по поводу этого важного события.

Мне жаль что я не могу быть с вами, так как я прикован к инвалидному креслу полиомиелитом и не планирую покидать Шри-Ланку снова.

Благодаря Всемирной паутине я могу следить за ходом миссии Кассини-Гюйгенс с момента его запуска несколько лет назад. Как вы знаете, у меня есть нечто большее чем просто интерес к Сатурну.

И я был по настоящему напуган в начале 2005 года, когда зонд Гюйгенс передал записи звука с поверхности Титана. Это точно то, что я описал в моём романе 1975 года «Земная империя», где мой персонаж слушает ветра дующие над пустынными равнинами.

Возможно, это было предвкушение грядущего! 10 сентября, если всё будет идти по плану, Кассини сделает наш ближайший взгляд на Япет - один из самых интересных спутников Сатурна.

Половина Япета темна как асфальт, в то время как другая половина светла как снег. Когда Джованни Кассини открыл Япет в 1671 году, он мог видеть только светлую сторону. Мы сделали свой лучший беглый взгляд когда Вояджер-2 пролетел мимо него в августе 1981 года - но это было почти в миллионе километров.

С другой стороны, Кассини собирается пройти в чуть больше чем тысячи километров от Япета.

Это особенно захватывающий момент для поклонников «2001: Космическая одиссея» - потому что обнаруженный одиноким астронавтом Дэвидом Боуменом монолит Сатурна стал вратами к звёздам.

35-я глава романа озаглавленная как «Око Япета» содержит следующий фрагмент:

«Дискавери» приближался в Япету так медленно, что движение почти не ощущалось и нельзя было заметить тот миг, когда произошла неуловимая перемена и космическое тело вдруг стало ландшафтом в каких-нибудь восьмидесяти километрах под кораблем. Надежные верньеры дали последние подправляющие толчки и смолкли навсегда. Корабль вышел на свою последнюю орбиту: время оборота – три часа, скорость – всего тысяча триста километров в час. Большей скорости в этом слабом гравитационном поле не требовалось. «Дискавери» стал спутником спутника.

Больше 40 лет спустя, я не могу вспомнить почему поместил монолит Сатурна на Япет. В те времена начала Космической эры, наземные телескопы не могли разглядеть деталей этого небесного тела. Но у меня всегда была странная очарованность Сатурном и семьёй его спутников. Кстати эта «семья» росла весьма внушительными темпами: когда Кассини был запущен - мы знали только о 18 из них. Я понимаю что их сейчас 60 штук, и их число продолжает увеличиваться. Я не могу удержать себя от соблазна сказать:

Бог мой, там полно спутников!

Однако в фильме Стенли Кубрик решил поместить всё действие в систему Юпитера, а не Сатурна. Почему такое изменение? Ну, с одной стороны, это сделало сюжет более прямолинейным. И более важно что отдел спецэффектов не смог произвести модель Сатурна, которую бы Стенли нашёл убедительной.

Это было сделано правильно, потому что иначе фильм бы устарел с пролётом миссии Вояджеров, которые представили кольца Сатурна в таком виде, который никто даже не мог себе представить.

Я видел множество примеров того как Нептун изображали в искусстве, так что я буду держать пальцы скрещенными когда Кассини будет пролетать мимо Япета.

Я хочу поблагодарить всех связанных с миссией и всем проектом. Возможно ему не хватает гламура пилотируемой космонавтики, но научный проект чрезвычайно важен для нашего понимания Солнечной системы. И кто знает - возможно однажды наше выживание на Земле окажется зависимым от того что мы там обнаружим.

Это Артур Кларк, желаю вам успешного пролёта.

Карта Япета с разрешением 400 м на пиксель (оригинал 5 Мбайт):

Примерно 40% поверхности этого спутника занимают тёмные области имеющие альбедо в 10 раз меньше светлых областей. Сейчас источником столь большой разницы считается эффект разделения пыли и льда, когда лёд испаряется с темных областей и осаждается на светлых, тем самым светлые области - становятся ещё светлее, а тёмные - темнее. Причиной того что остальные спутники ведут себя «нормально» заключается в том, что они имеют меньшую продолжительность дня, за которую поверхность не успевает достаточно прогреться.

Продление и миссия «Кассини - равноденствие»

С 1 июля 2008 года началась расширенная 27-месячная миссия Кассини, в которую включили 21 дополнительный пролёт Титана, 8 Тефии, 7 Энцелада, 6 Мимаса и по одному пролёту Дионы, Реи и Елены.

15 августа 2008 года было открыт Эгеон , который хоть и был назван в честь чудовища со 100 руками и 50 головами, но был практически безобидным «камешком» 500 м в диаметре (он был настолько мал что его размеры пришлось устанавливать по яркости , так что точную форму этого спутника мы не знаем). А 9 октября Кассини выполнил свой самый опасный манёвр - пролёт всего в 25 км от Энцелада (и это на скорости в 17,7 км/с!). На столь рискованный шаг команда миссии пошла ради прямого анализа состава водяного пара его гейзеров.

В ходе своих 23-х пролётов Энцелада за всё время миссии (в 10-ти из которых аппарат приближался на дистанцию меньше 100 км) было установлено, что подповерхностного океана составляет 11-12 единиц (что является малопригодным для земных форм жизни), но в выделениях гейзеров также были обнаружены азот (4±1%), углекислый газ (3,2±0,6%), метан (1,6±0,6%) а также следы аммиака, ацетилена, синильной кислоты и пропана (что говорит об активном образовании под поверхностью Энцелада органических веществ). К сожалению аппарат не содержит специальных приборов для регистрации сложной органики (так как об нахождении таковой аппаратом во время планирования миссии даже не могли предположить), так что ответ на вопрос «возможно ли существование жизни под поверхностью Энцелада?» Кассини оставил для своих последователей.

К 26 июля 2009 года был открыт последний из обнаруженных Кассини спутников - 300-метровый S/2009 S 1 , который был обнаружен благодаря 36-километровой тени которую он отбрасывает на дальний край кольца B по которому пролегает его орбита:

Второе продление и миссия «Кассини - солнцестояние»

В феврале 2010 года было принято решение о дополнительном продлении миссии, которое началось уже в сентябре, и должно было продлиться до мая 2017 года, когда должна была решиться окончательная судьба аппарата. В неё были включены ещё 54 пролёта Титана и 11 пролётов Энцелада.

Усилия Кассини и его команды сумевшей добиться выделения дополнительно около 400 млн $ на следующие 7 лет миссии (доведшие стоимость программы почти до 4 млрд $) оказались не напрасны: уже в декабре 2010 года в ходе пролёта Энцелада аппарат установил наличие у него океана под северным полюсом (в дальнейшем было установлено что океан не ограничивается только полярной областью). В том же году на поверхности Сатурна снова появилось Большое белое пятно - огромный шторм который появляется в атмосфере Сатурна примерно каждые 30 лет (Кассини с этим весьма повезло, и такие шторма ему удалось зарегистрировать дважды - в 2006 и 2010 годах). 25 октября 2012 аппарат зафиксировал мощный разряд внутри него, который поднял температуру стратосферных слоёв атмосферы на 83°C выше нормы. Таким образом этот вихрь стал самым горячим среди штормов в Солнечной системе, обойдя даже Большое красное пятно Юпитера.

«День когда Земля улыбнулась» - проект организованный 19 июля 2013 года руководителем команды визуализации Кассини, в ходе которого Кассини сделал снимок всей системы Сатурна в которую также попали Земля, Луна, Венера и Марс. Всего было сделано 323 фотографии, из которых 141 далее была использованы для составления мозаики:

Земля находится в нижнем правом углу, а оригинал без подписей - (4,77 Мбайт).

Параллельно с этим в NASA стартовала кампания «Помаши Сатурну» в ходе которой было собрано 1600 фотографий, из которых 12 ноября была собрана мозаика, которая в тот же день вышла на обложке газеты «Нью-Йорк таймс» (осторожно, оригинал весит 25,6 Мбайт):

С 2012 по 2016 год аппарат фиксировал изменения цвета шестиугольника Сатурна (фото от 2013 и 2017 года, оригинал 6 Мбайт):

«Гюйгенс»

Посадочный зонд, названный в честь Христиана Гюйгенса (открывшего Титан в 1655 году, на который зонд осуществил посадку), представляет собой 318-килограммовый аппарат диаметром 2,7 метра с 6 наборами инструментов:

1) передатчик постоянной частоты предназначенный для измерения скорости ветра по доплеровскому эффекту (Doppler Wind Experiment - DWE);
2) датчики физических свойств атмосферы измеряющие плотность, давление и электрическое сопротивление атмосферы, а также датчики ускорений по всем трём осям позволяющий в купе с предыдущим прибором устанавливать плотность атмосферы (Huygens Atmospheric Structure Instrument - HASI);
3) камеры видимого и инфракрасного спектров, параллельно с получением картинок занимающиеся измерением спектра и освещённости на текущей высоте аппарата (Descent Imager/Spectral Radiometer - DISR);
4) пиролизёр аэрозольных частиц выполняющий нагрев проб взятых с двух различных высот, и перенаправлял их в следующий прибор (Aerosol Collector and Pyrolyser - ACP);
5) газовый хромато-масс-спектрометр измеряющий состав и концентрацию отдельных составляющих атмосферы Титана, а на последнем этапе - ещё и испарённого нагревателем верхнего слоя грунта (Gas Chromatograph Mass Spectrometer - GCMS);
6) набор приборов для измерения свойств поверхности, в которые входит акустический датчик измеряющий плотность/температуру атмосферы на последних 100 м спуска по свойствам отражённого поверхностью звука (Surface-Science Package - SSP).

Гюйгенс отделился от Кассини 24 декабря 2004 года, и к 14 января добрался до атмосферы Титана. Спуск в атмосфере занял 2 часа и 27 минут, в ходе которого в действие последовательно вступали тепловая защита аппарата и три его парашюта, а после посадки он ещё 72 минуты передавал данные с поверхности (пока зонд Кассини выполнявший роль ретранслятора сигнала не ушёл за горизонт).

Международная кооперация зонда Гюйгенс

«Грандиозный финал»

В мае 2017 года решалась дальнейшая судьба аппарата: к завершению второй продлённой миссии у него осталось очень мало топлива, и были рассмотрены 19 возможных вариантов завершения миссии, среди которых были столкновение с Сатурном, его основными кольцами или ледяными спутниками, увод с орбиты Сатурна на гелиоцентрическую орбиту или стабильную орбиту вокруг Титана/Фебы (и даже вариант столкновения с Меркурием). В итоге было принято решение направить аппарат в атмосферу Сатурна, чтобы таким образом обезопасить спутники Сатурна от их возможного биологического загрязнения. Для осуществления этой задачи аппарат выполнил 22 апреля манёвр вблизи Титана, который перенаправил его в 2000-километровый промежуток между Сатурном и его ближайшим кольцом.

С тех пор он совершил 21 виток на дистанции всего в 1600-4000 км от сатурианских облаков, всё время приближаясь к атмосфере Сатурна, и на данный момент находится на своём последнем 22-м витке. Аппарат сделает свои последние снимки за до вхождения в атмосферу, после чего развернёт свою 4-метровую антенну по направлению к Земле, и будет передавать данные о составе сатурианской атмосферы со своих спектрометров до тех пор, пока сможет парировать атмосферные возмущения. Вскоре после потери с ним связи он разрушится, и сгорит в плотных слоях атмосферы Сатурна - где-то там, в созвездии Змееносца за 1,4 млрд км от нас.

Добавить метки

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.