Закат «Кассини»: итоги 20-летней миссии к Сатурну
Закат «Кассини»: итоги 20-летней миссии к Сатурну
05/04/2020
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 аппаратов «Вояджер» 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.
«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
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»
https://youtu.be/msiLWxDayuA
Видео посадки на основе фотографий с аппаратаНо 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.
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.
