Согласно данным Cassini, магнитосфера Сатурна меняется в зависимости от времени года. Это открытие является ключом к разгадке тайны, связанной с естественным радиоизлучением планеты. Полученные результаты помогут ученым лучше понимать изменения, происходящие в магнитосфере Земли и ее радиационных поясах.
    В данных, собранных с июля 2004 по декабрь 2011 г., Тим Кенелли (Tim J. Kennelly) с коллегами из университета Айовы изучал «токовые трубки» - структуры, состоящие из горячей плазмы, которые направляли заряженные частицы к Сатурну. Изучая эти трубки с момента их формирования и до того, как они разрушаются под влиянием магнитосферы, ученые нашли, что возникновение токовых трубок коррелирует с рисунком радиоизлучения в северном и южном полушариях планеты в зависимости от времени года. Это слегка напоминает сезонные изменения в магнитосфере Земли, в результате которых полярные сияния чаще происходят в весенние и осенние месяцы.

КАССИНИ: МАГНИТОСФЕРА

    Когда-то рисунок радиоизлучения Юпитера был использован для того, чтобы точно определить период его вращения, и ученые надеялись, что смогут аналогичным образом измерить период вращения Сатурна. К сожалению, рисунок радиоизлучения Сатурна менялся от момента пролета одного автоматического аппарата до момента пролета другого, и даже в зависимости от полушария, откуда приходило радиоизлучение. Теперь новые результаты помогут ученым понять, почему это происходит.
    На изображении магнитосферы Сатурна (рисунок вверху), созданной художником по данным Cassini, оранжевый тор вокруг планеты отражает распределение плотного нейтрального газа вне колец планеты. За пределами этой области энергичные ионы населяют плазменный слой до дневной стороны магнитопаузы, наполняя бледно очерченные «токовые трубки», которые изгибаются к высоким широтам, и внося свой вклад в кольцевой ток. К ночной стороне магнитосферы плазменный слой постепенно утоньшается.


    Cassini зарегистрировал электроны, ускоренные до сверхвысоких энергий в мощном потоке солнечного ветра неподалеку от Сатурна - там, где при встрече его с магнитосферой планеты образовалась квазипараллельная ударная волна. По мнению ученых, подобное ускорение частиц имеет место лишь вблизи далеких сверхновых. К сожалению, путешествия к другим звездам нам пока недоступны, а значит Сатурн предоставил ученым уникальную возможность - наблюдать подобие феномена сверхновой с близкого расстояния.
    Ударные волны широко распространены во Вселенной; например, они имеют место в послесвечениях сверхновых, когда осколки, образовавшиеся во время звездного взрыва, разлетаются с ускорением в разные стороны от остатков звезды. Также ударные волны образуются и при столкновении солнечного ветра с магнитным полем планеты, что имеет место в случае, зафиксированном Cassini.

Ударная волна у Сатурна

КАССИНИ: УДАРНАЯ ВОЛНА

    «Cassini дал нам возможность провести исследование сверхновой «in situ», не выходя при этом за пределы нашей Солнечной системы», - прокомментировал Адам Мастерс (Adam Masters), автор научной работы, посвященной новой находке Cassini и опубликованной в журнале Nature Physics.


    Данные, переданные Cassini, позволяют сравнить систему Сатурна с лавкой древностей, в которой «сокровища» хранятся со времен возникновения нашей Солнечной системы.
    Хотя поверхности сатурнианских лун и выглядят слегка «подновленными» из-за относительно недавних воздействий, возраст этих тел насчитывает более 4 млрд лет.
    «Исследование системы Сатурна помогает нам понять химическую и физическую эволюцию всей нашей Солнечной системы, - убежден Джанрико Филаккьоне (Gianrico Filacchione), ученый из Национального института астрофизики в Риме, участник программы Cassini. - Теперь мы знаем, что понимание этой эволюции требует не просто изучения лун или колец, а кропотливой работы по установлению связей между этими объектами и сведению в одно целое приобретенных знаний».

Венера, видимая сквозь кольца Сатурна. В момент, когда был сделан снимок, Cassini находился над ночной стороной планеты, что позволило аппарату снимать в сторону Солнца. Яркая полукруглая полоса в правой стороне изображения - лимб газового гиганта.

КАССИНИ: ДАЛЕКАЯ ВЕНЕРА

    Данные, полученные в результате наблюдений в видимой и инфракрасной области спектра с использованием спектрометра VIMS на борту Cassini, показали, каким образом распределен в системе Сатурна водяной лед, а также позволили определить цвета, которые являются маркерами различных веществ, в том числе и органических. Данные спектрометрических исследований в видимой области спектра показывают, что окраска колец и лун, как правило, вызвана материалом, расположенным на их поверхности.

Луны Сатурна и ночная сторона планеты

КАССИНИ: ЛУНЫ САТУРНА

    Работая в инфракрасном диапазоне, спектрометр VIMS также зарегистрировал огромные массы водяного льда - слишком большие, чтобы они могли быть занесены в систему Сатурна кометами. Поэтому авторы пришли к заключению, что массы водяного льда, должно быть, образовались еще в то время, когда Солнечная система только сформировалась, потому что Сатурн совершает свое движение по орбите вокруг Солнца за определенной границей, так называемой «снеговой линией». Там, далеко за пределами снеговой линии, во внешней Солнечной системе, где «обитает» Сатурн, условия среды идеально подходят для сохранения водяного льда, являясь, по сути, аналогом морозильного аппарата. Внутри «снеговой линии» частицы льда и другие летучие вещества быстро рассеиваются.
    Кроме того, ученые обнаружили, что поверхности лун Сатурна, как правило, приобретают все более интенсивный красноватый оттенок по мере удаления их от Сатурна. Поступление свежего ледяного материала с Энцелада задает преимущественно белый цвет внутренним частям кольца и лунам Сатурна. В то же время Феба, одна из внешних лун Сатурна, которую астрономы предположительно относят к объектам, ведущим свое происхождение из далекого пояса Койпера, похоже, теряет свою красноватую пыль, которая со временем проявляется в виде окрашенных в красный цвет участков поверхности близко расположенных от нее лун, таких как Гиперион и Япет.
    Метеороидные потоки, приходящие из внешних областей системы, по всей видимости, внесли свою лепту в то, чтобы придать отдельным элементам в системе основных колец - в частности, кольцу В - слабый красноватый оттенок. Ученые полагают, что он может быть обусловлен оксидом железа (ржавчиной) или полициклическими ароматическими углеводородами, которые рассматриваются как предшественники более сложных органических молекул.
    Большим сюрпризом для ученых явилось то, что похожий красноватый оттенок имеет и сформировавшийся в виде большой картофелины спутник Сатурна Прометей, а также ближайшие к нему частицы кольца.

«Картофелина» Прометея, спутника Сатурна

КАССИНИ: ПРОМЕТЕЙ

    «Похожий красноватый оттенок наводит на мысль, что Прометей сформирован из материала колец Сатурна, - утверждает соавтор работы Бонни Буратти (Bonnie J. Buratti), участник группы, занимающейся обработкой данных спектрометра VIMS. - Ученые задались вопросом: могли ли частицы колец так слипаться, что образовали луны Сатурна? До этого господствовала теория, что кольца в основном сформировались из разрушившихся спутников. Обнаруженный окрашивающий эффект дает нам веское доказательство того, что данная теория может работать и с точностью до наоборот».
    «Наблюдение за кольцами и лунами с помощью Cassini открывает перед нами удивительную картину сложных процессов, действующих в системе Сатурна и, возможно, в эволюции планетных систем, - отмечает Линда Спилкер (Linda J. Spilker), научный сотрудник программы Cassini. - Как выглядит объект и как он эволюционирует, зависит от его расположения, и еще раз расположения».


    Во время пролета у Реи Cassini сделал потрясающие снимки этой потрепанной луны. На фотографиях видна древняя, усеянная кратерами поверхность, испещренная «шрамами», оставшимися от многочисленных столкновений с гигантскими каменными глыбами.
    Ученые пытаются разобраться с некоторыми любопытными особенностями рельефа Реи, такими как изгибающаяся узкая трещина (или канал) на поверхности, представляющая собой участок, «утопленный» ниже уровня окружающей местности и окаймленный с обеих сторон крутыми склонами. Трещина выглядит удивительно свежей, прорезая большую часть кратеров, через которые она проходит, и только несколько небольших кратеров возвышаются над ней.

КАССИНИ: РЕЛЬЕФ РЕИ

    Cassini пролетел у Реи на расстоянии порядка тысячи километров 9 марта 2013 г. Этот пролет был запланирован прежде всего для радионаблюдений, которые помогли бы уточнить конфигурацию поля тяготения небольшой луны.

Изгибающаяся узкая трещина на поверхности Реи

КАССИНИ: ПОВЕРХНОСТЬ РЕИ

    Основной эксперимент не помешал выполнить 12 снимков поверхности спутника с близкого расстояния и несколько глобальных фотографий с расстояния порядка 270 000 км. Кроме того, анализатор космической пыли, установленный на борту Cassini, собрал данные с целью выявления пылевидных частиц, вылетевших с поверхности Реи, которые могли образоваться в результате бомбардировок поверхности мелкими метеорами. Эти данные помогут ученым определить частоту, с которой «инородные» объекты входят в систему Сатурна.

Прощальный взгляд на Рею после четвертой и заключительной целевой встречи с этой луной. Обзор сосредоточен на местности с координатами 33 гр. северной широты и 358 гр. западной долготы. Снимок сделан с расстояния в 3670 км от поверхности Реи, масштаб 22 метра на пиксель.

КАССИНИ: ПРОЩАНИЕ С РЕЕЙ

    Это был четвертый близкий пролет аппарата Cassini у Реи в течение всей миссии. До завершения работы АМС пройдет у этой луны в пятый и последний раз, но на значительно большем расстоянии.


    На просторах Солнечной системы движется множество небольших тел, которые иногда сталкиваются с планетами и их спутниками. Некоторые из этих тел сгорают в атмосферах, другие достигают поверхности.
    Ученым изредка удается отследить такие столкновения в режиме реального времени - ранее подобные явления наблюдались только на Земле, Луне и Юпитере. Но анализ снимков, переданных зондом Cassini, показал, что метеороиды нередко врезаются и в кольца Сатурна. Всего исследователи выявили девять следов, оставленных метеороидами в 2005, 2009 и 2012 гг.
    Более «урожайным» на метеороиды выдался 2009 год, когда во время равноденствия на Сатурне его кольца были затемнены, и вспышки метеоритов можно было легко зафиксировать на их фоне. «Мы знали, что столкновения происходят, но не понимали, насколько они часты и интенсивны», - говорит Мэттью Тискарено (Matthew S. Tiscareno), один из авторов открытия.

Зонд Cassini запечатлел, как маленькие метеороиды врезаются в кольца Сатурна. Наблюдение подобных столкновений позволяет пролить свет на эволюцию системы газового гиганта

КАССИНИ: МЕТЕОРИДЫ

    На снимках Cassini удалось заметить маленькие облачка, образующиеся после столкновений метеороидов с кольцами Сатурна. Как считают ученые, после первого столкновения метеороиды распадаются на куски. Облачка появляются, когда эти куски вновь врезаются в кольцо.
    По мнению исследователей, кольца Сатурна намного моложе самой планеты и постоянно «обновляются». Для определения возраста колец необходимо знать, как быстро они восстанавливаются после ударов метеороидов. К примеру, во внутренней части колец Сатурна до сегодняшнего дня сохраняется «рябь» от столкновения с большим объектом, произошедшего, по-видимому, в 1983 г.


    В очередной раз новые данные удалось извлечь из сотен наблюдений, выполненных Cassini во время пролета Юпитера в конце 2000 г. Ученые изучали так называемые «горячие точки» (hot spots) - безоблачные участки в атмосфере гигантской планеты.
    Поскольку «горячие точки» представляют собой, по сути, разрывы в облачном покрове, сквозь них можно заглянуть в обычно невидимый слой атмосферы Юпитера - теоретически вплоть до того уровня, где формируются облака из воды. На обычных изображениях «горячие точки» выглядят мутными, но, благодаря тому, что более глубокие слои теплее, они светятся в инфракрасной части спектра, именно поэтому «горячие точки» получили свое название.
    На снимках Cassini Дэвид Чой (David S. Choi) из Центра космических полетов имени Годдарда и его коллеги нашли новые доказательства в пользу того, что «горячие точки» создаются волнами Россби - такими же, какие наблюдаются в атмосфере и океанах Земли. По словам ученых, «горячие точки» скользят вверх и вниз сквозь слои атмосферы.
    Специалистов заинтересовала линия «горячих точек» между одним из темных поясов планеты и ярко-белой зоной примерно в 7° к северу от экватора. Исследователи рассматривали ежедневные и еженедельные изменения форм и размеров «горячих точек», происходившие на протяжении двух месяцев.

КАССИНИ: ГОРЯЧИЕ ТОЧКИ

    В 1995 г. аппарат Galileo отправил в одну из «горячих точек» атмосферный зонд. Это было первое и пока единственное исследование атмосферы Юпитера in situ. Собственно, почти все, что ученые знают об этих областях, получено именно тогда. Выяснилось, что в «горячих точках» и вокруг них дуют сложные ветры - атмосферные волны, циклоны или что-то среднее?
    Одна из гипотез гласит, что «горячие точки» возникают, когда большие массы воздуха погружаются вглубь атмосферы и в процессе погружения нагреваются и осушаются. Но удивительная регулярность «горячих точек» привела некоторых исследователей к предположению, что здесь не обходится без участия атмосферных волн. Как правило, восемь-десять «горячих точек» выстраиваются в линию примерно на равном расстоянии, а пространство между ними занимает густой шлейф облаков, похожих на перистые облака Земли. Эту закономерность можно объяснить тем, что волна, которая толкает холодный воздух вниз, разбивает тучи, а затем несет теплый воздух вверх, вызывая формирование плотных облаков шлейфа. Компьютерное моделирование подтвердило правоту этой гипотезы.
    Просматривая фильмы из изображений Cassini, ученые изучили движение ветров вокруг «горячих точек» и перистых облаков и обратили внимание на их взаимодействие со спиральными вихрями. Результатом стало измерение истинной скорости атмосферных потоков: она оказалась равной 500-700 км/ч, то есть намного более высокой, чем считалось. «Горячие точки» по сравнению с ними довольно «медленные» образования - их скорость около 360 км/ч.
    В результате учета всех факторов ученые определили, что движения «горячих точек» укладываются в модель атмосферных волн Россби. Волна, ответственная за «горячие точки» на Юпитере, огибает планету с запада на восток, но отклоняется не на север и юг, а вверх и вниз. По оценкам, ее высота может меняться на 25-50 км.