| |||||||||||||
| Заходите к нам на форум: задавайте вопросы - получайте ответы! |
|
Исследование Солнечной Системы - Сатурн
| |||||
 Исследователи |
|||||
КА "Cassini" |
Страница:
КА "Cassini" NASA,
Сатурн все ближе (Part #1, Part #2),
Орбита Сатурна (Part #1, Part #2, Part #3),
Посадка на Титан (Part #1, Part #2.1, Part #2.2),
Система Сатурна (Part #1, Part #2, Part #3),
Два года миссии (Part #1, Part #2, Part #3),
Новые открытия,
Первая пятилетка (Part #1, Part #2),
Разгадка тайн Сатурна,
Проделанная работа (Part #1, Part #2),
Луны, кольца и ураганы (Part #1, Part #2, Part #3),
15 лет в космосе! (Part #1, Part #2, Part #3),
Продолжаем миссию (Part #1, Part #2, Part #3, Part #4);
Завершение миссии (Part #1, Part #2, Part #3);
|
|
Сатурн: Властелин Колец Космический аппарат "Cassini", 2005 Органика в атмосфере, озера и вулкан Титана
Автоматическая межпланетная станция Cassini вот уже год и три месяца путешествует по системе Сатурна, передает на Землю гигабайты ценнейших данных и продолжает делать научные открытия. Объем получаемой информации настолько велик, что об этом можно написать целую книгу. Продолжая освещать тему полета Cassini, мы выбрали, на наш взгляд, наиболее значимые и интересные события в системе Сатурна, имевшие место с конца марта по сентябрь 2005 г. включительно; иначе говоря – на витках с 5-го (начался 19 марта) по 15-й (закончился 2 октября). За это время аппарат исследовал с близкого расстояния спутники Титан, Энцелад, Тефию, Гиперион и систему колец Сатурна. Общие сведения о полете Cassini за этот период приведены в таблице. В нее не включены дальние (нецелевые) сближения со спутниками планеты, происходившие вблизи каждого перицентра, так как объем исследований в таких пролетах весьма ограничен. Даты и обстоятельства таких сближений можно найти на http://saturn.jpl.nasa.gov/operations/cassini-calendar-2005.cfm. Титан и еще раз Титан! После двух пролетов Энцелада 17 февраля и 9 марта 2005 г. (НК №5, 2005) научная группа Cassini сосредоточилась на приготовлениях к пятому (первый целевой пролет Титана с обозначением Т0 был осуществлен 2 июля 2004 г. на расстоянии 339000 км) запланированному пролету Титана (в графике полета этот целевой пролет обозначался Т4). В целях обеспечения необходимых условий сближения со спутником станция Cassini выполнила 19 марта коррекцию траектории OTM-18 (продолжительность 10.4 сек, приращение скорости 1.6 м/с), а планировавшаяся на 27 марта OTM-19 была отменена. Пролет Титана T4 состоялся 31 марта 2005 г. в 20:05 UTC на минимальной высоте 2402 км. Он стал первым в графике полета Cassini не на подлете, а на отлете от Сатурна: перицентр станция прошла двумя сутками ранее. На этот раз проводилась съемка в УФ-диапазоне видовым спектрографом UVIS дымки Титана для картирования эмиссионных линий азота и углерода, а также исследования размера и свойств составляющих ее частиц. Картирующий спектрометр VIMS пронаблюдал эволюцию облаков спутника и произвел картирование состава северного полушария. Другой задачей пролета была радиолокационная съемка этой области, которая уже была частично исследована в октябре 2004 г. и феврале 2005 г.
Ученым представилась возможность задействовать для ее наблюдения и оптические камеры, которые получили очень интересные снимки (во время прошлых пролетов северное полушарие находилось в тени). В ходе пролета была отснята и восточная часть Ксанаду – загадочной области поверхности Титана. Композиционный ИК-спектрометр CIRS измерял вертикальный профиль температуры в северном полушарии Титана, занимался поиском атмосферных взвесей. Радиоспектрометр RPWS, как обычно, определял параметры плазмы (плотность и температура электронов), искал разряды молний в атмосфере Титана, исследовал ионосферу. Следующий, апрельский, пролет Титана обеспечили две коррекции траектории: 9 апреля был осуществлен маневр OTM-21 (импульс длился 37.35 сек и обеспечил приращение скорости 5.82 м/с), и 13 апреля была проведена коррекция OTM-22 (длительность импульса двигателей малой тяги – 67.6 сек, приращение скорости – 0.0635 м/с).
16 апреля станция Cassini осуществила шестой целевой пролет Титана (Т5): в 19:12 UTC аппарат прошел на минимальной высоте 1027 км от его поверхности, причем впервые пролетел над полярной областью Титана – при максимальном сближении он находился на широте 74°. Главным объектом исследования были термосфера и ионосфера Титана – аппарат прошел ниже ионосферного пика и через область токов Альфвена, соединяющих Титан с магнитосферой. Это дало возможность провести детальные исследования состава ионосферы масс-спектрометром INMS и свойств плазмы приборами для изучения магнитного поля и плазмы MIMI, CAPS, MAG и RPWS. Прибор CAPS продолжал изучать взаимодействие Титана с магнитосферой при удалении на расстояние до 120 его радиусов. При пролете T5 интересные данные получили и другие инструменты станции. Камера ISS вела съемку с высоким (250 м) разрешением полушария, обращенного к Сатурну, и в частности предполагаемого ударного кратера диаметром около 1000 км. Вместе со спектрометром UVIS она отслеживала движение облаков Титана. Кроме этого, UVIS получил спектральную «картинку» атомных эмиссий и распределения ацетилена и изучал свойства частиц атмосферной дымки. Спектрометр VIMS занимался картографией части северной полусферы спутника, исследованием образования и рассеивания облаков в атмосфере, а также сопоставлением геологических структур поверхности и их химического состава. Спектрометр CIRS вел поиск новых видов молекул и картирование распределения CH4, CO, HCN в атмосфере. Пролет T5 оказался настолько точным, что 19 апреля навигаторы Сassini впервые смогли отменить коррекцию для устранения погрешностей траектории. Органика в атмосфере Титана В ходе пролета Т5 подтвердились данные, полученные с «Гюйгенса» в январе 2005 г.: в атмосфере Титана не просто присутствуют различные углеводородные соединения, а ее внешний слой просто «кишит» ими! Еще при посадке зонда этот факт озадачил ученых: температура в верхних слоях атмосферы Титана близка к отметке -200°С, так что эти соединения по идее должны конденсироваться на поверхности. Как показал анализ пролетных данных, некоторые соединения содержали до семи атомов углерода, другие – до семи атомов азота (цианистые соединения, нитрилы). Ученые полагают, что атмосфера Титана является своеобразной лабораторией органической химии, где есть все шансы на зарождение жизни. И какую именно роль в этом процессе выполняют верхние слои атмосферы – еще предстоит выяснить.
13 мая в журнале Science специалисты из Центра космических полетов имени Годдарда во главе с д-ром Майклом Флейзаром (Michael Flasar), руководителем научной группы по композиционному ИК-спектрометру CIRS, опубликовали доклад об исследованиях атмосферы Титана при помощи этого прибора. В частности, ученые получили свидетельства существования «изолированного полярного вихря» на северном полюсе спутника. Вокруг полюса дуют сильные ветры, которые изолируют атмосферу Титана в этом регионе в течение полярной ночи. К такому выводу ученые пришли, обнаружив с помощью спектрометра наибольшую концентрацию некоторых углеродсодержащих органических молекул в этом регионе. Именно эти молекулы, образующиеся в атмосфере Титана, отвечают за оранжеватый оттенок дымки Титана. Сейчас уже достоверно известно, что атмосфера Титана на 98% состоит из азота, а оставшаяся часть преимущественно «занята» метаном. Когда эти молекулы поднимаются в верхние слои атмосферы, излучение Солнца разлагает их на отдельные «фрагменты» с последующим образованием пропана, этана, ацетилена, цианида водорода и более сложных молекул. Из-за того, что стратосферный воздух над полюсом имеет низкую температуру, он опускается, увлекая за собой сформированные на больших высотах органические соединения. Подобные явления происходят и на Земле: в ходе долгой антарктической зимы атмосфера Южного полюса нашей планеты также изолируется на долгие месяцы, что способствует образованию полярных стратосферных облаков. Инертные хлористые соединения (например, нитрат хлора) подвергаются химическим реакциям на кристаллах вещества таких облаков, вследствие чего происходит образование молекулярного хлора. С наступлением весны под воздействием солнечного излучения происходит разложение молекул хлора, что приводит к возникновению пресловутых «озоновых дыр». В отличие от атмосферы Земли, атмосфера Титана не содержит озона, однако данные с прибора CIRS указывают на то, что и на Титане происходят сходные явления, и образование необычных и сложных соединений имеет место. Титан и Земля похожи и тем, что их оси вращения наклонены, поэтому на полюсах Титана также возникают длинные полярные ночи. Точнее, очень длинные: полярная зима на Титане длится несколько земных лет, так как период обращения Сатурна вокруг Солнца составляет почти 30 лет. И в настоящее время в северном полушарии Титана полярная зима только вступает в свои права. Научная группа CIRS обнаружила существенные различия в значениях температур на северном полюсе и экваторе спутника. Эти температурные исследования впоследствии помогли ученым измерить скорость околополярных ветров.
А 9 июня статью о некоторых открытиях, сделанных при съемке Титана, опубликовала в журнале Nature научная группа по картирующему спектрометру видимого и ИК-диапазона VIMS. Еще при целевом пролете Титана 26 октября 2004 г. спектрометр CIRS получил снимки с высоким разрешением яркой кольцеобразной структуры диаметром около 30 км на его поверхности. Этот «купол», по всей вероятности, является вулканом и источником поступления метана в атмосферу. Ничего подобного на других ледяных лунах Сатурна найдено не было. «До поры до времени присутствие метана в атмосфере Титана объясняли наличием на поверхности спутника углеводородного океана, богатого в т.ч. этим соединением. Однако пока исследования, проведенные приборами Cassini, и наблюдения места посадки зонда Huygens не дали этому подтверждения, – говорит д-р Кристоф Сотэн (Christophe Sotin), профессор из Университета Нанта (Франция), член группы по прибору VIMS. – Поэтому интерпретация данной структуры как криовулкана является альтернативным объяснением этой загадке». Инфракрасное пятно Титана 31 марта и 16 апреля 2005 г. спектрометром VIMS и еще раньше, 10 декабря 2004 г., камерой ISS станция наблюдала необычное пятно – яркую область шириной 500 км, расположенную юго-восточнее и так довольно яркого региона Ксанаду. Ранее приборы Cassini уже наблюдали яркие пятна на Титане, но все они имели временную природу и эволюционировали в течение нескольких часов. Эта же «яркая область» постоянна по цвету и месту нахождения, и ее спектральные свойства отличаются от свойств пятен, наблюдаемых ранее. На длине волны 5 мкм она примерно на 50% ярче, чем Ксанаду, на более коротких волнах особой яркости не отмечается.
Пока ученые выдвинули много разных предположений: особо окрашенная деталь поверхности, горный хребет, ледяной вулкан, долгоживущее облако или «горячее» пятно. Последняя гипотеза будет проверена 2 июля 2006 г., когда в этой области будет ночь. «Горячее» пятно может быть областью в атмосфере, нагретой вследствие недавнего падения на поверхность небольшого астероида, или выброшенной в атмосферу смесью водяного льда и аммиака с более высокой температурой. Земля озер? 6 июня 2005 г. станция Сassini произвела съемку южного полюса Титана с расстояния около 450000 км. На снимках обнаружилось небольшое темное пятно с гладкой поверхностью и четко очерченной линией по периметру, очень похожее на озеро. Озера Титана могут состоять только из жидких углеводородов. Пятно обнаружено в том районе, где ранее и обсерваториями, и Cassini наблюдались конвективные грозовые облака в атмосфере. Яркие пятна метановых облаков, кстати, видны и на снимке.
Если это действительно озеро, то несколько мелких темных пятнышек рядом также являются небольшими водоемами. По другой версии, пятно является депрессией, дно которой покрыто твердыми углеводородными соединениями темного цвета, оседающими на поверхность из атмосферы. Новый спутник в кольце А 1–2 мая была сделана серия снимков колец Сатурна, на одном из которых внутри деления Килера (Keeler), темной полосы внутри кольца A в 250 км от его внешней границы, был отчетливо виден крохотный объект – спутник, которому присвоили временное обозначение S/2005 S1. Он буквально «гнал волну» – перед ним вещество кольца как бы расступалось, а позади шли вихри. «Кроху» удалось также заметить при изучении 32 снимков кольца F с небольшим разрешением (7 км на пиксел), сделанных 13 апреля 2005 г. Определить его размеры позволила лишь майская съемка: разрешение составило 3.54 км на пиксел, и удалось определить, что объект имеет около 7 км в диаметре. S/2005 S1 обращается вокруг Сатурна с периодом 0.594 суток на расстоянии около 136500 км. Дальнейшие наблюдения позволят определить, является ли его орбита круговой или вытянутой. Объект S/2005 S1 стал второй маленькой луной Сатурна внутри системы его колец, известной к настоящему времени. Первым является спутник Пан диаметром около 25 км, который обращается вокруг планеты-гиганта внутри довольно широкого (320 км) деления Энке в том же кольце A.
Существование второго «наводящего смуту» спутника предсказывалось еще в начале июля 2004 г. Сразу после выхода на орбиту вокруг Сатурна Cassini прислал первые детальные снимки колец, и уже на них были видны заостренные и клочковатые детали внутри деления Килера. Сходство с особенностями кольца F и вещества в делении Энке натолкнуло ученых на мысль, что где-то внутри деления Килера должен прятаться маленький объект. И вот через год его удалось «поймать». Массу объекта S/2005 S1 ученые планируют определить по размеру создаваемых им «волн». Таким же образом была определена масса спутника Пан, которая составила около 5x1015 кг. Отражающая способность поверхности «новоиспеченного» спутника оказалась равной около 50%: это сопоставимо с яркостью вещества близлежащих колец. Что касается физических свойств объекта, то он представляется довольно рыхлым, наподобие «утолщений» в кольце F. Спутник Атлас и спутники-«пастухи» кольца F Прометей и Пандора, которые движутся по своим орбитам вне основной системы колец, имеют аналогичное строение. Новые данные о кольцах Сатурна 3 мая Cassini впервые за время «орбитального тура» сосредоточился на радионаблюдениях Сатурна и его колец. Станция наблюдала прохождение Солнца и Земли за кольцами и заход за планету, а Земля регистрировала изменения радиосигнала Cassini. В течение пяти витков вокруг планеты-гиганта были проведены уникальные эксперименты. Были исследованы структура колец, распределение размеров составляющих частиц, а также динамика ионосферного состава и профилей давления и температуры в атмосфере Сатурна. В частности, было установлено, что структура кольца B заметно отличается от соседствующих с ним колец A и С. Выяснилось также, что в кольце С и во внешней части кольца А преобладают частицы с размерами от 5 см и менее, а в кольце В и внутренней части кольца А частицы имеют более крупные размеры. Как показали данные с Cassini, кольцо В состоит из нескольких более мелких колец с шириной в сотни километров, которые существенно различаются по своему составу. «Сердцевина» кольца B – несколько колечек общей шириной около 5000 км – содержит вещество, плотность которого превышает плотность веществ кольца А и кольца С в четыре и 20 раз соответственно! Ученые пока не могут однозначно ответить на вопрос, почему структура кольца В так разнообразна и контрастирует с относительно плоской структурой кольца А и волновой структурой кольца C. Волновые характеристики (волны плотности) были также замечены и в кольце А. Всего насчитали около 40 различных видов, большая часть которых была обнаружена в его внешней части, «по соседству» с мелкими спутниками, обращающимися вокруг Сатурна за этим кольцом. Некоторые «волны плотности» были обнаружены еще «Вояджерами», но результаты тех наблюдений не идут ни в какое сравнение с проведенными станцией Cassini. 19 мая картирующий спектрометр видимого и ИК-диапазона VIMS провел наблюдения покрытия Сатурном звезды CW Льва и покрытия кольцами звезды омикрон Кита. Подобные наблюдения VIMS проводил впервые, но это не помешало ему получить новую интересную информацию. Всего с мая по сентябрь 2005 г. было проведено семь экспериментов по радиопросвечиванию Сатурна и его колец. Всего же в графике полета запланировано 20 радионаблюдений и 80 наблюдений покрытий Сатурном и его кольцами звезд. Кольца имеют атмосферу! 22 августа появилось сообщение о том, что при пролетах «над плоскостью» системы колец Сатурна на минимальных высотах два научных инструмента станции – INMS и CAPS – сделали интересное открытие: кольца обладают собственной атмосферой! Ученые обратили внимание на то, что пространство в окрестностях колец в основном состоит из молекулярного кислорода. Этот факт делает ее схожей с атмосферами спутников Юпитера Европы и Ганимеда. Известно, что кольца Сатурна главным образом состоят из водяного льда с небольшими примесями пыли и скальных пород. Молекулы воды «выбиваются» из них УФ-излучением Солнца и затем разлагаются на атомарный водород и кислород вследствие процесса фотодиссоциации. Легкий водород теряется, а атомарный кислород и оставшиеся молекулы воды из-за низких температур оседают обратно и опять становятся веществом колец. «Спицы» на месте После долгих и томительных ожиданий Cassini наконец «поймал» неуловимые «спицы» в кольцах Сатурна. Эти малозаметные радиальные образования в структуре колец впервые наблюдали «Вояджеры» 25 лет назад, а затем «Хаббл». И вот теперь и Cassini удалось их запечатлеть!
На этих трех снимках, сделанных 5 сентября 2005 г. в течение 27 минут с расстояния 318000 км, видны несколько узких «спиц» во внешней части кольца В. Они имеют около 3500 км в длину и 100 км в ширину. Движение идет слева направо, и «спицы» отсняты незадолго до того, как они исчезнут за тенью Сатурна. Свое первое наблюдение «спиц» Cassini провел с неосвещенной стороны колец, в той же области, где они были замечены «Вояджерами». Тем не менее и «Вояджеры», и Cassini чаще видели «спицы» на освещенной стороне. На снимках, сделанных при низких фазовых углах (Солнце–КА–объект), «спицы» кажутся темными, а при больших фазовых углах (на рисунке – 145°) – светлыми. Автор: П. ШАРОВ,
|
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
 |
|||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||||
|
|