В ночь с 30 июня на 1 июля 2004 американская АМС Cassini успешно вышла на орбиту вокруг Сатурна, к которому летела долгих семь лет. Начинается самая интересная часть полета: 4 года работы у Сатурна – 76 витков, 52 пролета у семи лун Сатурна (причем только у одного Титана – 45 пролетов!). Но сегодня наша главная тема – подлет Cassini к Сатурну. По мере приближения станции к цели чуть ли не ежедневно публиковались новые научные данные и потрясающие воображение снимки. Ранее были подробно описаны некоторые фотографии Сатурна, его колец, а также структур в атмосфере планеты-гиганта. За май и июнь накопился такой объем фотографий, что невозможно проанализировать каждый снимок. Приведем наиболее интересную и важную информацию, касающуюся полета АМС Cassini. Первым объектом системы Сатурна, с которым Cassini подробно «ознакомился», стала одна из его самых загадочных лун – Феба. Состоявшийся близкий пролет Фебы можно смело назвать уникальным, так как он стал первым и единственным сближением Cassini с этой ледяной луной Сатурна в запланированном графике полета. Научной группе Cassini пришлось немало потрудиться, чтобы обеспечить точный выход к Фебе по заданной траектории. Главным шагом к этой цели стала коррекция TCM-20, которая была выполнена 27 мая (импульс длился 362 секунды, приращение скорости составило 34.7 м/с). Одновременно она служила «тренировкой» главного импульса для выхода на орбиту вокруг Сатурна.

6 ИЗОБРАЖЕНИЙ МОЗАИКИ ФЕБЫ

ИСТОРИЯ ФЕБЫ (1898 г., Уилльям Пикеринг)

Феба, открытая в 1898 г. Уилльямом Пикерингом, до недавнего времени считалась самым темным и далеким* спутником Сатурна. Она обращается вокруг планеты на расстоянии 12.95 млн км, причем в сторону, противоположную вращению самого Сатурна, и полный оборот вокруг него делает примерно за 18 месяцев. Следует отметить, что и у Юпитера на внешних границах «спутниковой системы» тоже есть «обратные» спутники (Ананке, Карме, Пасифе и Синопе), что указывает на сходство пока неизвестного происхождения этих объектов. Диаметр Фебы, по разным оценкам, составляет от 214 до 220 км. В отличие от других спутников, которые обращаются вокруг Сатурна практически в плоскости его колец, орбита Фебы вытянута и наклонена к плоскости экватора примерно на 30°. Феба – очень темный спутник, ее поверхность отражает всего 6% падающих на нее лучей солнечного света.

* Еще дальше от Сатурна находится группа спутников, открытых в 2000 и 2003 гг., но их размеры не превышают 26 км. В настоящее время самым дальним спутником является Имир (Ymir): радиус его орбиты составляет 23.1 млн км.

ИСТОРИЯ ФЕБЫ (1898 г., Уилльям Пикеринг)

    После этого навигаторы больше недели упорно трудились над обработкой поступающей информации: было необходимо как можно точнее рассчитать условия пролета Фебы и соответственно – программу работы научной аппаратуры. Вчерне она была составлена и загружена на борт заранее, но отдельные критические параметры можно было уточнить лишь в последний момент. Cassini приближался к Фебе все ближе, и вот 6 июня навигационная группа наконец объявила, что «живое обновление» для пролета Фебы готово. Ученые оценили, как пройдут запланированные измерения с ним и без него, и пришли к выводу, что обновление необходимо.
    11 июня 2004 в 13:56 PDT (20:56 UTC) станция прошла от Фебы на минимальном расстоянии – всего в 2068 км. Для сравнения: когда в 1981 г. Фебу «осмотрел» Voyager 2, он прошел на расстоянии в 2.2 млн км от этой ледяной луны – почти в 1000 раз дальше. В этот день сеанс связи не планировался, и первые изображения Фебы начали поступать 12 июня в 07:52 PDT (14:52 UTC), через несколько часов после максимального сближения, когда Cassini направил антенны в сторону Земли. Прием данных осуществлялся станциями Сети дальней космической связи NASA под Мадридом (Испания) и Голдстоуном (пустыня Мохаве, Калифорния). Все 11 приборов станции отработали штатно, и все данные были получены на Земле. Наиболее ценными были снимки камеры ISS, измерения спектрометров CIRS, UVIS и VIMS и радиолокатора RADAR.

СПУТНИК САТУРНА ФЕБА. Расстояние 2.5–4.1 млн км

СПУТНИК САТУРНА ФЕБА. Расстояние 77–143 тыс км

    Уже начиная с 4 июня Cassini начал снимать Фебу, размер которой в объективах камер станции стремительно увеличивался – ведь скорость станции по отношению к Сатурну росла и к моменту пролета достигла 5.8 км/с. До расчетной даты пролета было сделано три снимка этой ледяной луны Сатурна. Фотосъемка велась с 4 по 7 июня с таким расчетом, чтобы запечатлеть различные участки поверхности Фебы (период ее вращения равен 9 час 16 мин). Снимки были сделаны с расстояния от 4.1 млн км до 2.5 млн км, фазовый угол (Солнце–Феба–КА) составил 87°. На этих кадрах уже можно различить разнообразие рельефа поверхности спутника, и даже при умеренном разрешении правый снимок превосходил в четкости все фотографии, полученные «Вояджером-2» в 1981 г.
    Снимки, сделанные 10 июня с расстояния 956000 км и 658000 км соответственно, запечатлели противоположные полусферы Фебы и прояснили некоторые детали ее поверхности. Четкость и контраст стали гораздо лучше, и перед нами предстало небесное тело, испещренное кратерами разных размеров. Стали различимы детали рельефа, похожие на скалы, – вероятно, они являлись границами между большими кратерами.

СПУТНИК САТУРНА ФЕБА

ДЕТАЛЬНЫЙ СНИМОК ФЕБЫ

    Следующие снимки Фебы пришли с расстояний 143068 км и 77441 км. Мелкие детали еще не совсем «читались», но и кадры такого качества были получены впервые в истории. Феба оказалась просто усеяна кратерами различных размеров – до 50 км включительно, и они накладывались друг на друга, что свидетельствовало о различном времени их возникновения. Станция Cassini стремительно приближалась к Фебе, и с каждым новым снимком выявлялись детали ее поверхности. Из двух кадров с расстояния 32500 км пришлось уже сделать «мозаику». На этот раз ученым удалось увидеть, что поверхностный слой Фебы (его толщина колеблется от 300 до 500 м) состоит из неизвестной породы темного цвета. На стенках некоторых кратеров были обнаружены оползни, которые обнажили под «темным» слоем «светлое» вещество. Сразу же была выдвинута смелая гипотеза: это лед! Присутствие его на Фебе предполагалось еще по наземным наблюдениям. Вскоре был получен еще один аргумент в пользу этого предположения: на снимке, сделанном с расстояния 13377 км, было замечено расслоение пород на стенке одного из кратеров: чередование слоев «темного» и «светлого» вещества («льда»).
    Ученые предположили, что это расслоение появилось непосредственно в результате образования кратера при ударе другого небесного тела: выброс высвободил наружу частицы «льда», которые затем были покрыты сверху тонким слоем «темной» породы. В дальнейшем слой «льда» опять покрывался «темным» слоем. Очень похоже, что Феба действительно богата льдом. В период наибольшего сближения с Фебой получено множество снимков с разным разрешением. На основе семи наиболее четких кадров с большим разрешением была составлена мозаика части поверхности спутника (вверху). Снимки на панораме приведены к одному масштабу, и поэтому самый большой из них (слева) на самом деле имел разрешение 27 м, а самый маленький (справа) – 13 м. Чем ближе к Фебе приближалась станция, тем все более мелкие кратеры можно было видеть, и тем больше появлялось камней и впадин. В левой части мозаики видны желоба или цепочки впадин. Вполне возможно, что это трещины или разломы в поверхности, образовавшиеся в результате мощных ударов крупных метеоритов о поверхность Фебы. Многие мелкие кратеры, различимые здесь, имеют яркие «лучи», как на Луне.

МОЗАИКА ЮЖНОГО ПОЛЮСА

КРАТЕР ДИАМЕТРОМ 13 КМ

    Один из самых детальных снимков был сделан с расстояния 2365 км (разрешение – 14 м на пиксел). Перед нами предстает темная пустынная местность, довольно гладкая, с большим числом мелких кратеров, вероятно, имеющих относительно недавнее происхождение. (Представленный снимок был отфильтрован для выявления мелких деталей, а контраст усилен.) Еще одна мозаика была составлена из двух снимков, полученных вскоре после максимального сближения с Фебой, с расстояния около 13000 км. Здесь мы можем вплотную рассмотреть участок поверхности спутника вблизи его южного полюса размером около 120 км. И в который раз наблюдалась похожая картина: более светлая порода виднеется в мелких кратерах и на стенках больших кратеров, причем высота некоторых стенок – более 4 км. На средний снимок из этой мозаики, сделанный камерой ISS с расстояния 11918 км, попал кратер диаметром 13 км. На дне его можно разглядеть остатки вещества, которое было выброшено при ударе, в т.ч. булыжники размером от 50 до 300 м. Они могли попасть в кратер и из других районов Фебы в результате других ударов.

Большая депрессия диаметром около 100 км

    Следующий снимок – просто фантастический! Все его поле занимает огромная депрессия диаметром порядка 100 км, и слева в ней – кратер диаметром примерно 45 км. На его стенках виден уже знакомый нам слой льда, а белые «языки» имеют длину до 20 км. Итак, камера ISS сняла почти всю поверхность Фебы с разрешением от 0.3 до 2.1 км. Видовой спектрометр VIMS проспектрометрировал поверхность с разрешением до 0.5 км при максимальном сближении; по его данным будет построена карта состава поверхности. ИК-спектрометр CIRS провел тепловые наблюдения и тоже исследовал состав поверхности. Карта отражающих свойств поверхности в ультрафиолете, составленная УФ-спектрометром UVIS, даст возможность узнать более точный состав пород и летучих веществ. Радиолокатор «прощупал» верхние 2–20 см грунта, что позволит уточнить его плотность и состав.
    После этого, несомненно, исторического пролета Фебы объем научных знаний о доселе неизвестном и загадочном спутнике значительно увеличился. Итак, Феба состоит изо льда и скальных пород, на ее поверхности установлено присутствие гидратированнных минералов, углекислоты, твердых углеводородов и соединений двухвалентного железа. На основе данных спектрометра CIRS была определена температура поверхности Фебы, которая составляет примерно -163°С. По отклонению траектории станции была определена масса и средняя плотность вещества Фебы: она равна 1.6 г/см3 (это меньше, чем плотность скалистой породы, но больше, чем плотность чистого льда – примерно 0.93 г/см3). Это значение свидетельствует в пользу того, что Феба примерно поровну состоит из того и другого.

Основные компоненты поверхности Фебы

    Интересно, что Феба по композиционному составу оказалась схожа с Плутоном и спутником Нептуна Тритоном, а также с кометами. Правда, присутствие углекислоты говорит против того, что Феба имеет астероидное происхождение. Вероятно, она родом из очень холодной области Солнечной системы – пояса Койпера и имеет возраст примерно 4.5 млрд лет.

Температурная карта поверхности Фебы

    А что же происходило дальше? 16 июня была успешно проведена коррекция TCM-21, выводящая аппарат в точку торможения для выхода на орбиту вокруг Сатурна. Импульс длился 38.38 сек и замедлил скорость станции на 3.68 м/с. Еще одна коррекция, с номером TCM-22, была признана излишней и отменена. 30 июня в 21:12 PDT (1 июля в 04:12 UTC) Cassini закончил 96-минутное включение основного двигателя, снизил скорость на 626 м/с (немного, если учесть, что она составляла свыше 20 км/с!) и вышел на орбиту вокруг Сатурна, став его первым искусственным спутником. Минимальная высота станции над вершиной облаков Сатурна в 21:03 PDT была всего 19980 км. Станция прошла через плоскость колец между кольцами F и G, находилась над плоскостью во время торможения и вновь прошла между ними после импульса. После этого аппарат развернулся к Земле, выдал 20-секундный «всплеск» телеметрии («У меня все в порядке!») и начал съемку Сатурна и зондирование атмосферы и ионосферы планеты. Между тем, надо полагать, самые интересные события нас ждут впереди…

---