Анализ данных, собранных Cassini, показал, что от южного полюса Энцелада исходит намного больше тепла, чем предполагалось ранее. Данные композитного инфракрасного спектрометра CIRS (Composite Infrared Spectrometer) на Cassini показали, что тепловыделение южной полярной области Энцелада составляет около 16 ГВт. Это - мощность примерно двадцати угольных электростанций и на порядок больше, чем предсказывали ученые.
    Еще в 2005 г. стало известно, что южная полярная область Энцелада геологически активна и что эта активность сфокусирована в четырех примерно параллельных трещинах, 130 км длиной и 2 км шириной, известных как «тигровые полосы». Cassini также обнаружил, что эти трещины работают как гейзеры, непрерывно выбрасывая в космос водяной пар и частицы льда. Так тепло из недр Энцелада вырывается наружу.

Изображение показывает интенсивность излучения тепла в пределах двух "тигриных полос" на южном полюсе Энцелада. Тепловые данные получены 13 августа 2010.

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Проведенные в 2007 г. расчеты показали, что внутреннее тепловыделение Энцелада, порожденное орбитальным резонансом между ним и другой луной, Дионой, не должно превышать 1.1 ГВт. Тепло от естественной радиоактивности внутри Энцелада могло бы добавить еще 0.3 ГВт.
    Но полученные к тому времени данные CIRS давали 5.8±1.9 ГВт, и это только с учетом высокотемпературного излучения. Чтобы уточнить эту оценку, Джон Спенсер (John R. Spencer), Джон Перл (John С. Pearl) и Марша Сегура (Marcia Е. Segura) использовали данные CIRS в диапазоне волновых чисел от 10 до 600 см^-1. Измерения были проведены в 2008 г. и охватывают всю южную полярную область. Они-то и дали новую оценку: 15.8±3.1 ГВт.

Это изображение гейзеров южной полярной области Энцелада составлено из серии снимков (в количестве 21), сделанных Cassini во время пролета над полюсом спутника 14 июля 2005 г.

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    «Механизм, способный произвести так много внутренней энергии, остается тайной и вызовом существующим моделям», - констатирует Карли Хауэтт (Carly J.A. Howett), главный автор работы из Юго-Западного исследовательского института и член команды инфракрасного спектрометра Cassini.
    Возможным объяснением наблюдаемых потоков тепла является то, что интенсивность приливного взаимодействия Энцелада с Дионой и нагрева может меняться со временем. Похоже, Cassini просто повезло, и аппарат наблюдает Энцелад в период повышенной тепловой активности.
    По словам Карли Хауэтт, новая оценка тепловых потоков делает еще более вероятным наличие жидкой воды под поверхностью ледяной луны. Ко всему прочему, присутствие глобального океана или, возможно, локального моря под южным полюсом Энцелада, между внешним ледяным панцирем луны и ее каменными внутренностями, должно усиливать деформации ледяной коры и приливные эффекты.

Во время пролета около Энцелада 1 октября 2011 года Кассини сфотографировал на фоне колец Сатурна Эпиметей. Энцелад (504 км в диаметре) в центре изображения, видны знаменитые гейзеры этой луны. Его младший брат Эпиметей (113 км в диаметре) выглядывает из-за Энцелада на севере.

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    «Возможное присутствие жидкой воды, приливные источники энергии и наблюдаемые органические (богатые углеродом) вещества в шлейфах Энцелада делают эту луну местом повышенного интереса со стороны астробиологов», - отмечает Хауэтт.


    И Cassini действительно дает надежное подтверждение существования огромного моря под ледяной корой Энцелада. Об этом говорят результаты прямого анализа богатых солью крупинок льда вблизи мест выхода глубинного материала на поверхность.
    Анализатор космической пыли CDA (Cosmic Dust Analyzer) показал, что вылетевшие из «тигровых полос» и зафиксированные вдали от Энцелада крупинки относительно невелики и обычно обладают низким содержанием соли. А вот у самой поверхности, в выбросах, изученных во время целевых пролетов под Южным полюсом, преобладают сравнительно крупные гранулы, насыщенные натрием и калием. Богатые солью частицы имеют «морской» состав, свидетельствуя, что значительная часть выброшенного льда и водяного пара является результатом испарения жидкой соленой воды.

Предполагаемый вид океана под льдами Энцелада.

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    «Нет никакого другого убедительного способа объяснить поток богатых солью частиц из твердого льда на протяжении всех «тигровых полос» - только наличие соленой воды под ледяной поверхностью Энцелада, - утверждает участник проекта Cassini Франк Постберг (Frank Postberg) из Гейдельбергского университета. - Когда вода замерзает, соль выдавливается и образуется чистый водяной лед. Если бы выброс материала имел своим источником лед, в нем было бы очень мало соли».
    Cassini обнаружил на Энцеладе гейзеры из водного пара и льда в 2005 г. К 2009 г. ученые, работающие с анализатором космической пыли, нашли натриевые соли в ледяных крупинках кольца Е - внешнего кольца Сатурна, пополняемого в основном выбросами Энцелада. Тогда и была высказана, хотя и очень осторожно, гипотеза о наличии соленой воды под поверхностью спутника.
    К марту 2011 г. был завершен анализ трех пролетов Энцелада в 2008 и 2009 гг., причем внимание уделялось только что выброшенным гранулам. Частицы льда попадали в детектор на огромной скорости и мгновенно испарялись. Составляющие «облака» разделялись с помощью электрического поля внутри анализатора.
    Полученные данные позволяют предположить, что слой воды между каменным ядром луны и ее ледяной мантией находится на глубине 80 км. Поскольку вода омывает каменную породу, солесодержащие соединения растворяются и поднимаются через трещины во льду ближе к поверхности. Когда в верхнем слое открывается трещина, изменение давления приводит к выбросу мощной струи, и каждый такой гейзер выплескивает около 200 кг водяного пара в секунду (льда - значительно меньше). Ученые полагают, что поверхность испарения должна быть очень большой, иначе вода быстро замерзала бы и выброс прекращался.

25 августа 2011 г. Cassini прошел всего в 25000 км от Гипериона и передал на Землю замечательные снимки этой необычной луны. Еще одно сближение состоялось 16 сентября 2011 г.: зонд пролетел на расстоянии 58 000 км.     Гиперион совсем небольшой - всего 270 км в поперечнике. Он имеет неправильную форму и неровную поверхность. К тому же спутник вращается хаотически, и из-за этого ученые не могут спрогнозировать, что попадет в объектив камеры во время пролета. К счастью, малое расстояние и удачная геометрия траектории позволила Cassini запечатлеть области, не изученные в предыдущих пролетах. Новые снимки помогут ученым определить, как меняется цвет, альбедо и текстура поверхности в зависимости от условий наблюдения. Цвет поможет определить состав глубоко изъеденной поверхности спутника.     Самая близкая встреча Cassini с Гиперионом состоялась 26 сентября 2005 г., когда зонд пролетел приблизительно в 500 км от него.

Изъеденный Гиперион

    «Это важнейшее доказательство в пользу того, что ледяные тела, вращающиеся вокруг газовых гигантов, способны иметь экологические условия, благоприятные для возникновения жизни», - подчеркивает участник проекта Cassini Ни коля Альтобелли (Nicolas Altobelli) из ЕКА.


    Международная команда ученых, обработав данные Cassini за прошлые годы, обнаружила своеобразную «линию электропередачи» между Сатурном и его ледяным спутником Энцеладом - постоянный поток ионов и электронов, связывающий эти небесные тела.
    Ученые объясняют: частицы из фонтанов, бьющих с южного полюса Энцелада, становятся электрически заряженными и формируют собственную ионосферу луны. Движение Энцелада и его ионосферы сквозь магнитный пузырь, окружающий Сатурн, порождает мощные токи, как будто в динамо-машине. Они проходят широкими дугами и заканчиваются в полярных областях планеты-гиганта.
    Там, где пучки электронов погружаются в атмосферу недалеко от северного полюса Сатурна, прибор UVIS (Ultraviolet Imaging Spectrograph) обнаружил светящееся в ультрафиолете пятно. В сравнении с ярким кольцевым полярным сиянием «печать Энцелада» была не очень заметна, а между тем пятно имеет размеры 1200 на 400 км - примерно со Швецию. Аналогичного следа на южной оконечности магнитной силовой линии ученые пока не обнаружили.

Пучки электронов погружаются в атмосферу недалеко от северного полюса Сатурна

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    С помощью прибора INCA (Ion and Neutral Camera) зонд зафиксировал поток ионов и электронов, которые путешествуют вдоль силовых линий, связывающих Энцелад и Сатурн. Кроме того, приборы зафиксировали характерный радиошум («шипение»), вызываемый этими токами.
    Это открытие обрадовало планетологов, так как им уже был известен аналог данного процесса: Юпитер связан с тремя из своих лун (Ио, Европой, Ганимедом) электрическими токами, порождающими сияния в атмосфере гиганта. Особенно эффектно такая связь выглядит для Ио, вулканически активной луны, - она «генерирует» на Юпитере очень яркое пятно.
    Просматривается прямая аналогия с Энцеладом и его ледяными фонтанами. Планетологи предполагают, что вариации в яркости следа могут отражать перемены в электродинамической связи планеты-гиганта и ее луны. В свою очередь, эта связь зависит от колебаний активности знаменитых фонтанов.


    Чрезвычайно интересные данные принесли детальные исследования километрового радиоизлучения Сатурна. Выяснилось, что источники в северном и южном полушарии имеют разные периоды и что они меняются в зависимости от времени года.
    Дональд Гарнетт (Donald A. Gurnett), профессор физики Университета Айовы, приступил к изучению этих сигналов тридцать лет назад на «Вояджерах». Он и его коллеги рассчитывали извлечь из них точную величину периода вращения Сатурна, как это было уже сделано для Юпитера.

Фотография полярных сияний на Сатурне, выполненная Космическим телескопом имени Хаббла

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Действительно, два «Вояджера», сблизившиеся с Сатурном в 1980 и 1981 гг., зафиксировали километровое излучение, похожее на периодически затухающие сирены воздушной тревоги: их мощность меняется по мере вращения планеты. Было установлено, что период радиоизлучения и, следовательно, сутки на Сатурне равны 10 час 39.4 мин, или округленно 10.66 часа. Вскоре, однако, выяснилось, что все намного сложнее.
    Приборы европейского зонда Ulysses, а затем и Cassini нашли другие периоды сигналов, отличающиеся на секунды и даже минуты. Прошло немало лет, прежде чем удалось показать, что у Сатурна два разных периода: по состоянию на 1 января 2008 г. радиоволны, излучаемые в северной полярной области, повторялись через 10.58 часа, а в южной - через 10.8 часа!
    Замечательно, но еще через два года, в марте 2010 г., оба периода... вновь совпали на отметке 10.67 часа. Наконец, к январю 2011 г. период вращения Сатурна, измеренный по «южным» радиосигналам, уменьшился до 10.54 часа, а по «северным» - увеличился до 10.71 часа!
    С новыми данными в руках специалисты вновь «прошерстили» старые измерения. «Вояджеры» прошли вблизи Сатурна примерно через один земной год после равноденствия 1979 г., и уже тогда северный и южный периоды немного различались. Анализ данных приборов Ulysses за 1993-2000 гг. показал, что два периода совпали в августе 1996 г., через девять месяцев после следующего равноденствия. Наконец, пересечение графиков в марте 2010 г. произошло через семь месяцев после равноденствия. Стало ясно: характер радиосигналов планеты четко связан с временем года!
    «Эти данные показывают, насколько Сатурн странный, - говорит Дон Гарнетт. - Мы думали, что понимаем логику радиоизлучения газовых гигантов, потому что Юпитер работал очень просто. Если бы не длительное пребывание Cassini на орбите вокруг Сатурна, ученые не поняли бы, что радиосигналы Сатурна настолько отличаются».
    Ученые не думают, что различия в периодах действительно связаны с тем, что полушария вращаются с разной скоростью, - более вероятно, что причиной являются сезонные вариации скорости высотных струйных потоков.
    Данные радио - и плазменно-волнового прибора RPWS подтверждаются измерениями магнитометра Cassini и наблюдениями с Космического телескопа имени Хаббла. Установлено, что магнитное поле за период с середины 2004 по середину 2009 г. изменялось синхронно с периодом километровых радиосигналов. Кроме того, «Хаббл» выявил широтные колебания в картине полярных сияний Сатурна в январе-марте 2009 г., непосредственно перед равноденствием. И все это - внешние проявления поведения одного объекта, который называется магнитосферой Сатурна.
    «Проникая в атмосферу, дождь электронов создает полярные сияния, а также порождает радиоизлучение и влияет на магнитное поле, - поясняет Стэнли Коули (Stanley Cowley), профессор Университета Лестера и участник двух дополнительных исследований. - Вот почему ученые считают, что все эти перемены связаны с изменяющимся влиянием Солнца на планету».


    Падение комет и астероидов на планеты-гиганты оставляют на их кольцах волнообразные следы, по которым даже спустя несколько десятилетий можно восстановить хронологию событий. О влиянии малых тел Солнечной системы написали сразу два коллектива ученых, исследовавших кольца гигантов.
    В первом проекте группа под руководством Мэттью Хедмана (Matthew М. Hedman) из Корнеллского университета провела детальное изучение снимков колец Сатурна, сделанных Cassini в 2009 г. в условиях, когда Солнце подсвечивало их практически «с ребра». Это позволило обнаружить светлые и темные полосы в кольце С.
    Ученые предположили, что частицы колец были выведены из равновесия столкновением с неким объектом, в результате которого различные участки кольца начали «качаться» вверх-вниз. Но так как период обращения зависит от радиуса, первоначальное возмущение со временем должно растягиваться вдоль кольца и закручиваться в спираль. И чем меньше расстояние между витками спирали, тем раньше оно произошло.

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Исследователи пришли к выводу, что в 1983 г. произошло столкновение Сатурна с кометой массой от 10⁸ до 10¹⁰ тонн. Планета тогда была недоступна для наблюдения с Земли, поэтому прямых свидетельств этого события у астрономов нет. Однако обломки кометы оставили след в кольце С и, по-видимому, в наиболее близком к планете кольце D. Ученые намерены продолжить изучение снимков колец, чтобы попытаться обнаружить следы более древних столкновений.
    Вторая группа ученых под руководством Марка Шоуолтера (Mark R. Showalter) из Института SETI в Калифорнии провела исследование колец другого газового гиганта - Юпитера. Они не так развиты, как у Сатурна, и были обнаружены в 1979 г. на единственном снимке «Вояджера-1». Рябь в кольцах Юпитера зафиксировали сначала на снимках Galileo 1996 и 2000 годов, а затем в 2007 г. по кадрам, полученным пролетавшим мимо Юпитера к Плутону аппаратом New Horizons.
    Расчеты показали: волнообразные следы, оставленные в кольцах Юпитера, вероятнее всего, являются результатом столкновений с кометами, произошедшими в январе-июне 1990 г. и в июле-октябре 1994 г. Последнее, кстати, подтверждено документально: именно в июле 1994 г. на Юпитер упала комета Шумейкеров-Леви-9.

Квинтет спутников Сатурна на фоне колец. Луны выстроились почти в одну линию (слева направо): Янус, Пандора, Энцелад, Мимас и выглядывающая из-за него Рея. Снимок выполнен 29 июля 2011 г., когда Cassini находился на расстоянии около 1.1 млн км от Реи и на 1.8 млн км от Энцелада. Разрешение изображения - 7 км на пиксел для первого спутника и 11 км на пиксел для второго. Считается, что Янус был открыт французским астрономом Одуэном Долльфюсом (Audouin Dollfus) в 1966 г., но в действительности Долльфюс наблюдал и Янус, и Эпиметий. Два этих спутника движутся фактически по одной и той же орбите, причем периодически меняются местами. По современным данным, размеры Януса - 203x185x152.6 км. Судя по низкой средней плотности, он представляет собой пористое тело, состоящее главным образом изо льда. Период обращения Януса вокруг Сатурна около 16 часов 40 минут.     Пандора также невелика: 104x81x64 км. Полный оборот вокруг «окольцованной» планеты она совершает за 15 часов 05 минут на среднем расстоянии 141720 км. Пандора является спутником-пасту-хом, оказывая своей гравитацией влияние на кольцо F. Астроном Стьюарт Коллинз (Stewart A. Collins) обнаружил этот спутник в октябре 1980 г. на фотографиях, которые передал Voyager 1. Изначально он имел обозначение S/1980 S26, но в 1985 г. астрономы официально назвали его в честь персонажа древнегреческой мифологии. Скорее всего, Пандора является пористым ледяным телом.     Энцелад имеет диаметр около 500 км, его период обращения - 32 часа 50 минут. Спутник был открыт 28 августа 1789 г. Уилльямом Гершелем. Знаменит Энцелад своими «тигровыми полосами» - четырьмя гигантскими трещинами, расположенными в районе южного полюса, из которых происходят мощные выбросы струй водяного пара и частиц льда и пыли на сотни километров от поверхности. Спутник обладает самым высоким альбедо в Солнечной системе: он отражает около 90% падающего света. Ученые связывают данный факт с тем, что на поверхности Энцелада находится только чистый лед. Диаметр Мимаса приблизительно равен 400 км. На нем расположен один из самых больших кратеров, образовавшихся в результате столкновения. Этот 130-километровый кратер назвали именем Герше-ля, открывшего Мимас в 1789 г. Период обращения этой небольшой луны - 22 часа 37 минут.     Рея была открыта Джованни Кассини в 1672 г. и является вторым по величине спутником Сатурна после Титана. Диаметр Реи составляет 1528 км, период обращения - 108 часов 26 минут. Средняя плотность Реи также невелика, и это свидетельствует, что силикатные породы составляют менее трети массы спутника, а остальная масса - лед.

КАССИНИ: КВИНТЕТ ЛУН САТУРНА

    Колебания частиц колец зависят от гравитационного поля, создаваемого в том числе и ядром планеты. Изучение этой ряби может дать новую информацию о структуре и свойствах недр Сатурна и Юпитера.


    Новые фото- и видеоматериалы, полученные Cassini, дают возможность ученым проанализировать хронику рождения и развития колоссального шторма, который свирепствовал в северном полушарии Сатурна целый год. На изображениях можно проследить всю историю шторма - с момента его появления в виде крошечного пятна на фотографии от 5 декабря 2010 г. до превращения в феномен, охвативший всю планету к концу января 2011 г.
    Огромная буря, которая распространилась с севера на юг на 15000 км, является самой масштабной из всех, которые были зафиксированы на Сатурне. В тот день, когда камеры высокого разрешения Cassini впервые заметили шторм, детектор плазмы и радиоволн обнаружил электрическую активность, из чего следовало, что разыгравшаяся на Сатурне буря - это конвективная гроза. Активная фаза шторма закончилась в конце июня 2011 г., но турбулентные облака, образовавшиеся вследствие конвекции, наполняют атмосферу до сегодняшнего дня.

Большой шторм на севере Сатурна. Снимок сделан 24 декабря 2010.

Большой шторм на севере Сатурна. Снимок сделан 11 января 2011.

Большой шторм на севере Сатурна. Снимок сделан 12 января 2011.

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Это был еще и самый длительный шторм из когда-либо отмечавшихся на Сатурне - его активный период составлял 200 дней. Бурю, сопоставимую по масштабам с нынешней, ученые наблюдали 21 год назад с помощью телескопа имени Хаббла, но тогда шторм продлился всего 55 дней. Предыдущий же рекорд был зафиксирован в 1903 г., когда буря наблюдалась в течение 150 суток.
    «Шторм на Сатурне нельзя сравнивать ни с каким явлением земной погодной системы, этот феномен можно сравнить лишь с чем-то вроде вулканической активности, - утверждает Эндрю Ингерсол (Andrew Р. Ingersoll), член команды анализа изображений Cassini из Калифорнийского технологического институте (Пасадена). - Давление нарастает в течение многих лет, прежде чем шторм прорывается наружу. Загадка в том, что ни скал, ни других сдерживающих факторов, которые могли бы сопротивляться давлению, там просто нет».

Хроника огромной бури на северном полушарии Сатурна.

КАССИНИ: ТАЙНЫ СИСТЕМЫ САТУРНА

    Cassini наблюдал шторм в рамках программы Saturn Storm Watch («Вахта бурь на Сатурне»). Одновременно с изучением урагана зонд делал и другие снимки Сатурна, его колец и лун. Новые данные, а также изображения, полученные с 2004 г., позволяют ученым обнаружить изменения, предшествовавшие шторму.
    Cassini смог проникнуть вглубь развития шторма и зафиксировать скорости ветров.
    «Этот новый шторм имеет абсолютно неизвестную природу по сравнению с чем-либо, что мы видели на Сатурне ранее, - комментирует Кунио Саянаги (Kunio Sayanagi), член команды анализа изображений Cassini, астрофизик из Университета Калифорнии в Лос-Анжелесе. - Тот факт, что подобные штормовые вспышки являются эпизодическими и появляются на Сатурне каждые 20-30 лет, говорит нам о процессах, происходящих в глубинах атмосферы, и мы должны выяснить, что это за процессы».


    Cassini лишился одного из своих приборов: инженеры NASA были вынуждены отключить плазменный спектрометр CAPS (Cassini Plasma Spectrometer) из-за серии коротких замыканий.
    Неполадка проявила себя 30 апреля 2011 г., когда телеметрия показала подъем потенциала на «положительной» шине питания с 20.7 до 28.8 В и на «отрицательной» с -8.9 до -0.5 В. Было похоже, что отрицательная шина закоротилась на корпус. Подобное явление уже отмечалось 18 августа 2006 г., и, так как напряжение на всех системах КА осталось близким к 30 В, поначалу оно не очень обеспокоило специалистов Лаборатории реактивного движения. Аппаратура работала, очередные коррекции орбиты проводились по графику. Однако 11 июня произошел второй сбой с переменой полярности на шинах.
    Анализ телеметрии указал на плазменный спектрометр CAPS как источник проблемы. В его входных цепях и во внутренней электрической схеме присутствует большое количество конденсаторов, которые должны увеличить соотношение сигнал/шум. Один или несколько из этих конденсаторов, вероятно, пробило, что и вызвало сдвиги по напряжению. И хотя сам спектрометр оставался вполне работоспособным, инженеры решили его отключить во избежание дальнейших неполадок вплоть до выяснения точных причин неисправности.

14 июля 2011 г. Cassini сделал потрясающий снимок сразу двух лун Сатурна. На переднем плане снимка видна Тефия. Этот спутник диаметром около 1060 км был открыт Джованни Кассини в 1684 г. и получил имя одного из титанов греческой мифологии. Считается, что Тефия почти полностью состоит из водяного льда. На заднем плане располагается Титан, который из-за плотной атмосферы выглядит «смазанно». Расстояние до Титана - 3.2 млн км, до Тефии - 1.9 млн.

КАССИНИ: ТЕФИЯ И ТИТАН

    14 июня на Cassini была передана серия команд на отключение CAPS и включение эквивалентного нагревателя. Сразу после этого шины питания вернулись к состоянию +23/-7 В, и потенциалы на трех радиоизотопных генераторах также пришли в норму.
    Было объявлено, что прибор будет включен вновь после того, когда закончится полный анализ данных и станут ясны причины неисправности и методы ее устранения. По состоянию на середину февраля 2012 г. CAPS остается выключенным.