Анализ данных инфракрасного спектрометра CIRS зонда Cassini за период с 2004 по 2009 год показал, что энерговыделение Сатурна постепенно снижается.
    Исследователи определили, что средняя за эти годы излучаемая мощность составляла 4.952 ±0.035 Вт/м², что соответствует эффективной температуре 96.67±0.17 К. При этом с 2005 по 2009 г. энерговыделение снизилось примерно на 2%, а эффективная температура - на -0.5%.
    Интересно, что северное полушарие Сатурна излучало заметно меньше энергии -на 16.6% - чем южное. Этот эффект, впрочем, имеет простое объяснение: в период наблюдений в южном полушарии заканчивалось лето, а в северном - зима. Равноденствие на Сатурне пришлось на август 2009 г. и было отмечено переменой в ходе эффективной температуры северного полушария: с 2004 по 2008 г. она снижалась, а затем начала расти. В южном этот эффект не проявлялся до 2009 г. включительно.
    «В планетологии обычно предполагается, что планеты выделяют энергию равномерно во времени и пространстве, - говорит представитель исследовательской группы Ли Лимин (Li Liming) из Корнеллского университета. - К Сатурну такие упрощения, очевидно, неприменимы».

Зависимость излучаемой мощности и эффективной температуры от широты по данным Cassini и аппарата Voyager

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Информацию, полученную Cassini, исследователи сравнили с результатами наблюдений «Вояджеров» в 1980-1981 гг. (то есть около одного сатурнианского года назад). Тогда разницы между северным и южным полушарием практически не было.
    «Вероятно, это связано с изменениями облачного покрова, который задерживает некоторую часть излучения, - комментирует участница работ Эми Саймон-Миллер (Ату Simon-Miller) из Центра космических полетов имени Годдарда. - По мере того, как меняется количество облаков, меняется и количество уходящего в космос излучения, причем вариации возможны как на протяжении одного сезона, так и от года к году. Но составить полную картину мы сможем только в том случае, если у нас появится другая половина картины - количество энергии, поглощаемой планетой».
    В настоящее время Ли Лимин и его научная команда заканчивают изучение данных по солнечной энергии, которая передается Сатурну; исходными материалами здесь служат показания приборов ISS и VIMS. Когда эта работа будет завершена, планетологи смогут выделить вклад в излучение собственной энергии планеты.


    Используя снимки Мимаса, Энцелада, Тефии, Дионы и Реи, сделанные в 2004-2009 гг., ученые составили карты высокого разрешения этих лун. На картах заметны цветные пятна, которые исследователи сравнивают с кляксами от пейнтбольных выстрелов. По их мнению, спутники «бомбардируют» друг друга веществом и даже высокоэнергетическими электронами. Группа под руководством Пола Шенка (Paul Schenk) из Института Луны и планет (LPI) в Хьюстоне определила характер обмена веществом и взаимодействия между спутниками, кольцом Е и магнитосферой Сатурна. Их работа опубликована в журнале Icarus.
    «Замечательно, что эти спутники ведут себя как одна семья: на их поверхностях остаются следы похожих явлений и процессов, но у каждого по-своему, - говорит Шенк. - Никто не ожидал, что электроны будут оставлять настолько очевидные «отпечатки пальцев» на поверхности небесных тел, но мы видим их на нескольких спутниках, в том числе на Мимасе, который когда-то считался довольно невыразительным».

Спутник Сатурна Рея.

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Шенк добавил, что взаимный «обстрел» может быть объяснением другого любопытного факта, обнаруженного ранее: на инфракрасных фотографиях Мимаса ученые неожиданно увидели персонаж культовой видео- и компьютерной игры 1980-х годов -Рас-Маn. Возможно, это образование возникло как раз в результате активной «перестрелки».
    Ученые установили, что каждый из спутников «стреляет» своим цветом. Так, Энцелад, под поверхностью которого, как считается, может находиться океан, выбрасывает струи льда, оставляющие синеватые «отпечатки». Тефия, Диона и Рея, двигаясь по своим орбитам, проходят через выбросы Энцелада, однако пока не ясно, почему пятна на переднем по ходу движения вокруг Сатурна полушарии спутников имеют коралловый, а не синий оттенок. В то же время на картах хвостового полушария этих небесных тел видны обширные темные пятна с оттенком ржавчины. По предположениям астрономов, это следы частиц плазмы из магнитосферы Сатурна, а также железосодержащих наночастиц.
    Мимас также попадает под обстрел Энцелада, но, в отличие от Тефии, Дионы и Реи, только со стороны заднего полушария - вероятно, дело в том, что его орбита лежит внутри орбиты Энцелада.
    Кроме того, на снимках Мимаса и Тефии найдены темные полосы синеватого оттенка, похожие на следы облучения поверхности спутников высокоэнергетическими электронами, дрейфующими в направлении, противоположном потоку плазмы в магнитосфере планеты. Пока не ясно, что именно происходит с этими спутниками, но, как считает Шенк, картина электронной бомбардировки Мимаса соответствует «изображению» Рас-Маn'а.
    Наконец, астрономы обнаружили, что вдоль экватора Реи проходит цепочка клякс синеватого оттенка, не связанных с Энцеладом. По мнению группы, эти кляксы - пятна свежего льда на валах старых кратеров - могут быть следами кольца Реи, «упавшего» на небесное тело в недавнем прошлом.
    Рея, второй по величине спутник Сатурна, некоторое время считалась единственным в Солнечной системе спутником планеты, обладающим собственными кольцами, - такое предположение ученые выдвинули в 2008 г. на основе данных Cassini. Однако в июле 2010 г. после детального изучения Реи зонд не нашел подтверждений того, что у нее действительно есть кольца.


    Cassini удалось обнаружить весьма разреженную атмосферу у ледяного спутника Сатурна - Реи. Атмосфера (а точнее говоря, экзосфера) состоит из кислорода и углекислого газа. Это один из немногих случаев, когда космическому аппарату удалось непосредственным образом изучить кислородную атмосферу иного тела, помимо Земли.
    Согласно оценкам, плотность «атмосферы» Реи в 5 триллионов раз ниже, чем земной. Однако она все-таки примерно в сотню раз превосходит по этому параметру экзосферы Луны и Меркурия. Отмечается также, что образование кислорода и углекислого газа может быть обычным явлением для многих ледяных тел Солнечной системы и других звездных систем. По-видимому, есть другие достаточно крупные спутники планет-гигантов, которые могли бы удерживать вокруг себя подобную экзосферу.
    По мнению планетологов, источником кислорода служит бомбардировка заряженными частицами ледяной поверхности спутника. Ускоренные в магнитном поле Сатурна частицы, попадая на Рею, вызывают расщепление молекул водяного льда и высвобождают кислород.

Три изображения Реи, построенные на основании данных Кассини. Видны следы внешних воздействий. Ученые считают, что красноватые и голубые оттенки возникли от бомбардировок. Ледяное вещество распыляемое Энцеладом падает на Рею, оставляя коралловые оттенки.

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    С источником же углекислого газа ясности пока нет. Происхождение двуокиси углерода может оказаться весьма древним - «сухой лед», как и в случае с кометами, мог быть захвачен еще во времена начального существования протопланетного облака. Если так, то газ просто постепенно просачивается из глубин Реи. Либо все это может быть связано с процессами облучения высокоэнергетичными частицами органических молекул, заключенных в «ледяной ловушке» Реи.
    Естественно, наличие органических молекул снова порождает разговоры о «кирпичиках жизни» и возможности существования самой жизни.
    Двуокись углерода также может поступать из богатых углеродом материалов, доставленных на Рею микрометеоритами, что непрерывно бомбардируют ее поверхность. Этот углерод может вступать в реакцию с кислородом, создавая в результате С0₂.


    Ученые давно пытались выяснить, как формировалась «рябь» горных хребтов, покрывающая Титан. Новая модель, разработанная специалистами проекта Cassini, связывает эти процессы с различиями в плотности верхних слоев спутника.
    Cassini обнаружил горы на Титане с помощью радара в 2005 г. Несколько горных цепей расположены возле экватора и тянутся в основном с запада на восток. Самая высокая гора Титана поднимается примерно на 2000 м над поверхностью. Концентрация хребтов в экваториальной зоне указывает на то, что они имеют общее происхождение.
    Ученые группы Джузеппе Митри (Giuseppe Mitri) пытались согласовать данные радара с моделями строения Титана, призванными описать тектонические процессы и изучить внутреннюю структуру и эволюцию ледяного спутника. Исследователи подбирали параметры модели до тех пор, пока не смогли «построить» на поверхности спутника горы, похожие на те, что видит Cassini. Модельный Титан, соответствующий данным наблюдений, устроен следующим образом: ядро окружено очень плотным слоем водяного льда, находящегося под высоким давлением, затем - подповерхностным океаном из жидкой воды и аммиака и, наконец, внешней ледяной коркой. (Наличие слоя жидкой воды предполагалось и другими группами исследователей исходя из иных соображений.)

Горы Титана - мозаика составлена из радарных изображений Кассини. Изображение показывает гористую местность на севере Титана, к северу от региона Aaru. Цветные вставки показывают топографические профили, измеренные радаром Кассини. Красно-оранжевые области самые высокие, примерно на 600 метров больше среднего радиуса Титана и фиолетовые самые низкие, 800 метров ниже среднего радиуса. Самый высокий объект в этом регионе достигает 1400 метров.В мозаику попали радиолокационные изображения от 22 июля, 22 сентября и 9 октября 2006 года.

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Недра Титана постепенно остывают по мере излучения тепла и распада внутренних радиоактивных изотопов. Охлаждение спутника вызывает частичное замерзание подповерхностного океана и утолщение внешней ледяной оболочки. Одновременно под действием высокого давления нарастает лед и на внутренней ледяной мантии. Поскольку поверхностный слой льда имеет меньшую плотность, чем жидкая вода, а подледный океан, в свою очередь, менее плотный, чем находящаяся под ним ледяная мантия, вымерзание океана означает уменьшение объема внутренних слоев. Внешняя «шкура» спутника утолщается, морщится и покрывается складками. Согласно построенной модели, при охлаждении в течение 4 млрд лет радиус Титана уменьшился примерно на 7 км, а объем сократился на 1%.
    Таким образом, по своей геологической истории Титан отличается от ближайших «родственников» - галилеевых спутников Юпитера. Он вообще является единственным ледяным телом в Солнечной системе, которое ведет себя подобным образом. И хотя несколько малых ледяных тел во внешней части Солнечной системы имеют пики, сравнимые по высоте с горами Титана, их топография определяется тектоникой расширения - силами, растягивающими ледяную кору. До сих пор ученые имели мало примеров тектоники сжатия - сил, которые сокращают и утолщают ледяную корку. Титан - единственный спутник, где эти процессы доминируют
    Тем не менее примеры такого рода процессов можно найти и на Земле. В частности, «сминание» верхнего слоя литосферы создало горный массив Загрос в Иране.
    Ученые надеются получить больше данных о расположении, протяженности и высоте гор Титана по мере работы Cassini в системе Сатурна.


    В северное полушарие Титана пришла весна. Небо на полюсах очистилось следом за равноденствием, которое произошло здесь в августе 2009 г. Спектрометр-картограф VIMS на борту аппарата Cassini уже давно наблюдает облака на Титане, и теперь команда под руководством Себастьяна Родригеса (Sebastien Rodriguez) на базе Университета Дидро во Франции проанализировала более 2000 изображений, чтобы провести первое долговременное исследование погоды на Титане.
    Поверхность Титана очень холодна - всего 94 К - и на ней нет воды в жидком виде, но эта луна может считаться «сестрой» Земли, потому что покрыта органическим материалом, а ее атмосфера напоминает раннюю Землю. У Титана, как и у Земли, есть гидрологический цикл, хотя вместо воды в нем метан и этан.
    Как известно, сезон на Сатурне и Титане длится 7 земных лет. Родригес с коллегами наблюдали серьезные атмосферные изменения между июлем 2004 г. (начало лета в южном полушарии) и апрелем 2010 г. (самое начало весны в северном полушарии). Снимки показали, что до 2008 г. оба полюса были закрыты плотной облачностью, но после этого облачная активность у обоих полюсов Титана снизилась.

Облачность Титана в условных цветах. Облака показаны в желтых цветах, туман пурпурный. Слева снимок сделан 12 мая 2008, а справа 12 декабря 2009. Облака на втором изображении видны на уровне 40 градусов южной широты.

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    За шесть лет наблюдений ученые выявили три области концентрации облачности на Титане: большие облака собирались на северном полюсе, рассеянные - около южного, и существовал еще узкий пояс облаков на 40°ю.ш. «Сейчас мы видим доказательство сезонной циркуляции облаков на Титане - облака на южном полюсе совершенно исчезли непосредственно перед равноденствием, а на северном они становятся все тоньше, - говорит Родригес. - Это согласуется с предсказаниями теоретических моделей. Мы ожидаем увидеть обратную картину облачной активности в течение следующего десятилетия по мере приближения зимы в южном полушарии».


    Предположения о существовании криовулканов на Титане высказывались уже давно, а в конце 2010 г. ученые, работающие с информацией Cassini, обнаружили еще одно свидетельство существования этих необычных образований.
    Криовулканы - это вулканы, существующие в условиях крайне низких температур. Во время извержения они выбрасывают не расплавленные горные породы, а воду, аммиак и соединения метана - как в жидком, так и в газообразном состоянии.
    «Если посмотреть на 3D-модель района факела Сотра на Титане, то видно, что она потрясающе похожа на земные вулканы: на Этну (Etna) в Италии, Лаки (Laki) в Исландии и на некоторые другие», - делится наблюдениями Рэндольф Кирк (Randolph Kirk), геофизик из Астрогеологического научного центра Геологической службы США, член команды Cassini и руководитель работ по созданию трехмерных карт.
    Впрочем, некоторые криовулканы менее похожи на «обычные» земные вулканы. Например, «тигровые полосы» на поверхности Энцелада - это длинные щели в твердом покрове, из которых фонтанирует вода с частицами льда.

3D-модель факела Сотра (Sotra Facula). Ученые считают факел Сотра криовулканом. Видны два пика высотой около 1000 метров и кратер глубиной 1500 метров. Ложные цвета указывают на различие в составе поверхности. Дюны - коричнево-синие. Синий свидетельствует о наличии льда. Ученые полагают, что яркие участки имеют органическое покрытие, которое скрывает лед. Потоки (или пальцы) желто-белые, как горы и кальдера.

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Наличие криовулканов на Титане является предметом бурных дискуссий - часть ученых считает, что найденные структуры могут быть отложениями местных рек. Однако для района Сотра криовулканизм является наилучшим объяснением - ведь там обнаружены два пика высотой более 1000 м с глубокими - около 1500 м - вулканическими кратерами и пальцевидными потоками.
    Кирк и его коллеги проанализировали снимки, сделанные радаром зонда Cassini, и на их основе создали трехмерную карту района факела Сотра. В свою очередь, данные оптического и инфракрасного спектрометра VIMS показали, что вещество потоков отличается по составу от окружающей поверхности. В данный момент у ученых нет информации о текущей вулканической активности в районе Сотра, но они собираются внимательно наблюдать за этой областью.
    «Криовулканы могут объяснить, под воздействием каких геологических процессов возникают различные экзотические объекты, - говорит Линда Спилкер (Linda Spilker), участник проекта Cassini. - К примеру, на Титане вулканическая активность объясняет, каким образом восполняется метан в атмосфере спутника, в то время как Солнце постоянно разрушает его молекулы».