Снимок показывает нам "последний взгляд" на Сатурн и его окрестности. Система Сатурна была домом для Кассини в течении 13 лет, но его путешествие подошло к концу. Кассини провел с Сатурном почти половину местного года, что позволило наблюдать долговременные изменения на планете, ее спутниках и кольцах. Когда в 2004 году Кассини прибыл в систему Сатурна, северное полушарие планеты, показанное на снимке, было затенено и там царила зима. В конце путешествия Кассини застал солнечное лето на северном полушарии. Снимок получен 28 октября 2016 г широкоугольной камерой с использованием фильтров. Во время съемки Кассини находился в 25 градусах над плоскостью колец. Расстояние на момент съемки составляло 1,4 млн км от Сатурна. Разрешение 80 км на пиксель.

Прощальный снимок Сатурна

    24 мая 2017 г. в северном полушарии Сатурна наступило летнее солнцестояние, и это означает, что американский зонд Cassini завершил полный цикл наблюдений планеты, ее колец и спутников во все времена года. До окончания работы КА в системе Сатурна остается всего несколько месяцев: 15 сентября Cassini должен войти в атмосферу планеты и погибнуть. Настала пора подводить итоги фантастической миссии!
    Наши читатели со стажем помнят, что КА Cassini был запущен с мыса Канаверал ракетой Titan IVB почти двадцать лет назад - 15 октября 1997 г.. Преодолев за семь следующих лет более 3.5 млрд км хитроумного пути по Солнечной системе, дважды пройдя вблизи Венеры, один раз около Земли и один около Юпитера, 1 июля 2004 г. аппарат произвел торможение и успешно вышел на орбиту вокруг Сатурна. Сброшенный с него европейский зонд Huygens вошел 14 января 2005 г. в атмосферу Титана, сел после 2.5-часового спуска на поверхность крупнейшего спутника Сатурна и передал оттуда замечательные снимки и другие ценные данные.
    Период обращения Сатурна вокруг Солнца составляет 29.5 лет. Зонд прибыл на орбиту вокруг планеты в июле 2004 г. - сразу после зимнего солнцестояния в северном полушарии. За тринадцать прошедших лет на Сатурне и на Титане минула северная зима, настала и прошла весна, и только что наступило астрономическое лето. Южное же полушарие прошло противоположную часть цикла - от начала лета до конца осени.
    Изначально никто этого не планировал. Работа орбитального аппарата в системе Сатурна была рассчитана на четыре года - до 30 июня 2008 г. Cassini фотографировал с помощью бортовой камеры ISS планету, ее кольца и спутники, в особенности Титан и Энцелад, вел спектрометрические измерения, изучал магнитосферу планеты, заряженные частицы и волны. Камера Cassini отсняла в деталях фантастический полярный вихрь шестиугольной формы на Сатурне, а бортовой радиолокатор КА обнаружил на Титане приполярные озера из жидких углеводородов. Результатам этих исследований были посвящены сотни научных статей.

Луна Сатурна Энцелад дрифтует перед кольцами планеты гиганта, которые во время съемки были ярко освещены солнечным светом. Под ледяной оболочкой Энцелада скрывается глобальный жидкий океан воды. На южном полюсе Энцелада из трещин в ледяной коре постоянно извергаются частицы водяного льда и других веществ, которые образуют огромный шлейф рядом со спутником. Яркая точка справа от диска Энцелада - это далекая звезда. Снимок сделан 6 ноября 2011 года в видимом свете узкоугольной камерой Кассини с расстояния в 145 000 км от Энцелада.

Все сверкает... гейзеры Энцелада

    15 апреля 2008 г. миссия была продлена на два с лишним года - с июля 2008 до сентября 2010 г.. К такому решению специалисты NASA пришли после оценки состояния бортовых систем, научной аппаратуры и запасов топлива Cassini. Дополнительный цикл исследований был посвящен равноденствию, наступающему в августе 2009 г., и соответственно назван Cassini Equinox Mission. Его особенностями стали мониторинг сезонных изменений в атмосфере Сатурна и Титана и наблюдение колец планеты в то время, когда Солнце находится вблизи их плоскости. Под косым светом, отбрасывающим длинные тени, в кольцах удалось выявить новые удивительные структуры.

В верхней части атмосферы Титана, самого большого спутника Сатурна, хорошо просматриваются отдельные слои дымки. Атмосфера Титана отличается богатой и сложной химическом природой, составляющими которой является метан, азот и их сложные молекулы, которые в конечном итоге формируют смог, окружающий эту луну. Снимок в естественном видимом свете сделан широкоугольной камерой Кассини 31 марта 2005 года с расстояния в 33083 км от Титана. Запечатлена северная полярная область с ночной стороны Титана.

Дымка на Титане

    3 февраля 2010 г. NASA объявило о втором продлении миссии Cassini, на этот раз с конца сентября 2010 г. и до мая 2017 г.. Новый этап назвали Cassini Solstice Mission и посвятили эпохе солнцестояния. Его, пожалуй, самым красивым результатом стало наблюдение гигантского шторма, который в итоге развился в отчетливое кольцо, опоясавшее планету. Самым же интересным было открытие скачкообразных изменений в структуре атмосферы, которые происходили на определенных широтах и в сумме вызывали полную смену циркуляции на всем весеннем полушарии.
    На Титане аппарат также обнаружил драматические изменения в атмосфере и следы «весеннего паводка» в неглубоких ложбинах на поверхности. Все эти годы Cassini обращался вокруг планеты по тщательно рассчитанной траектории, характеризуемой многочисленными встречами с Титаном и другими спутниками. Титан был основным объектом наблюдения и одновременно выполнял главную роль в формировании и изменении, орбиты КА. От момента прибытия в систему Сатурна и до апреля 2016 г. включительно Cassini встретился с ним 127 раз (!).

С этой точки зрения, ледяная луна Рея проходит перед Титаном. Различия между этими двумя спутниками Сатурна кардинальны. В то время как Рея - это усеянный кратерами без атмосферный мир, Титан имеет богатую азотом атмосферу, которая еще более густая, чем на Земле. Снимок в естественных цветах получен узкойгольной камерой Кассини 19 ноября 2009 года с расстояния в 1 148 000 км от Реи.

Титан и Рея

    По таблице основных событий последних лет полета можно заметить определенную закономерность в периодах обращения Cassini вокруг планеты. Разумеется, движение КА синхронизировалось с обращением Титана, период которого составляет 15.945 суток. Как правило, орбитальный период Cassini выбирался соизмеримым с «титановским». Наиболее частая величина 31.9 сут означала, что КА сближается с Титаном после двух оборотов спутника вокруг планеты; 47.8 сут - после трех оборотов; 15.9 сут - на каждом витке; при периоде 8 сут встреча с Титаном происходила один раз на два витка Cassini. При высоких наклонениях эти соотношения приходилось выполнять очень строго, так как встречи с Титаном могли происходить только вблизи узлов орбиты КА, а во время полета Cassini в плоскости экватора Сатурна можно было допустить определенные «вольности».
    По сути Cassini почти все время находился на резонансной с Титаном орбите, но это был искусственный резонанс, в котором условия гравитационного маневра при очередной встрече определяли продолжительность нового витка и обстоятельства следующего сближения со спутником. Коррекции двигателями самого КА использовались главным образом для того, чтобы в день встречи Cassini прошел по выбранной траектории мимо Титана, и, как правило, были малы - выдаваемый импульс измерялся сантиметрами в секунду.
    Например, 24 апреля 2017 г. после 126-го целевого пролета Титана была проведена коррекция OТМ-470; величина «чистящего» импульса, компенсирующего неточность траектории пролета, составила 0.155 м/с.
    Отметим, что в 2008 г. использовавшийся в течение первых 11 лет полета комплект А двигателей ориентации RCS начал демонстрировать признаки деградации. Поэтому в марте 2009 г. группа управления задействовала двигатели комплекта В, на которых Cassini работает по сей день.

23 июля 2012 года Кассини запечатлел луну Сатурна Диону (в диаметре 1 1123 км). Расчеты показывают, что Диона на треть состоит из плотного ядра (вероятно из силикатных пород), а остальное представлено водяным льдом. При средней температуре в минус 186 градусов по Цельсию лед настолько тверд, что ведет себя как камень. Снимок получен узкоугольной камерой Кассини с расстояния в 418 000 км от Дионы с использованием спектральных фильтров чувствительных в зеленом свете.

Спутник Сатурна Диона

    Разумеется, общий план полета составлялся как компромисс между пожеланиями разных научных групп, и видимым его результатом оказывается текущая рабочая орбита. К примеру, в мае 2012 г. началась кампания по увеличению наклонения: в серии из восьми пролетов Титана его довели от нулевого до 62° к апрелю 2013 г., чтобы наблюдать полярную часть Сатурна и кольца*. Вплоть до сентября 2014 г. наклонение оставалось высоким, но затем его начали снижать, и близкая к экваториальной орбита в период с марта по декабрь 2015 г. обеспечила, помимо регулярных встреч с Титаном, три последних сближения с Энцеладом, включая пролет 28 октября 2015 г. сквозь область гейзеров у его южного полюса.

* Между прочим, суммарное приращение скорости только в этих восьми гравитационных маневрах составило 6.6 км/с. Всего же за 13 лет в системе Сатурна Cassini «заработал» на Титане приращение скорости почти 90 км/с!

Спутник Сатурна Энцелад дрейфует на фоне колец планеты-гиганта и крошечной луны Пандора. Солнце подсвечивает ледяные частицы в кольцах Сатурна и в джетах извергающихся на южном полюсе Энцелада, который в диаметре достигает 505 км. Пандора во время съемки располагалась на противоположной стороне колец от Кассини и Энцелада. Была запечатлена ночная сторона Пандоры, подсвеченная тусклым желтоватым светом, отраженным от Сатурна. Снимок сделан в видимом свете узкоугольной камерой Кассини 1 ноября 2009 года с расстояния в 240 800 км от Энцелада и 566 800 км от Пандоры.

Песня льда и света!

На схеме показано, как ученые миссии Кассини считают, что вода взаимодействует со скальными породами на дне океана Энцелада, в результате чего образуется водородный газ (H2). Космический аппарат Кассини зафиксировал водород в газово-ледяных шлейфах от Энцелада во время пролета сквозь такой выброс 28 октября 2015 года. Ученые установили, что на 98% газовый шлейф состоит из водяного пара, еще на 1% из водорода, а все остальное представляет собой смесь других молекул, включая углекислый газ, метан и аммиак. Вода в океане Энцелада, циркулирующая сквозь морское дно, нагревается и химически взаимодействует с породами. Затем теплая вода, насыщенная минералами и растворенными газами (включая водород и, возможно, метан), вливается в океан сквозь вентиляционные отверстия, на подобии земных "курильщиков", и поднимается к ледяной коре Энцелада. Измерения водорода проводилось с использованием ионного и нейтрального масс-спектрометра Кассини (INMS). Обнаружение водородного газа стало еще одним доказательством того, что в океане Энцелада есть гидротермальная активность.

Гидротермальная активность на Энцеладе

    Каждая группа исследователей получила хотя бы на некоторое время удобную для них орбиту, а вот радиолокационную карту северной полярной области Титана с ее озерами завершить так и не удалось.

После очередной и достаточно удаленной встречи с Титаном 17 февраля 2017 года космический аппарат Кассини сделал серию снимков северных озер и морей этой луны Сатурна. Геометрия орбиты позволила получить очень хорошие и контрастные, по сравнению с предыдущими пролетами, снимки морей Титана. Данное сближение с Титаном было одним из "нецелевых" для Кассини в 2017 году (т.е. без задействования двигателей для сближения). На общей мозаике можно заметить несколько облачных образований в средних широтах между 45 и 55 градусами с.ш. (справа на изображении). Менее яркие облака расположились над Морем Пунги (примерно в центре). Поскольку на Титане тоже происходит смена сезонов (на момент съемки весну сменяло лето), ученые фиксируют увеличение облачной активности в северном полярном регионе Титана, хотя и не так сильно, как прогнозировалось по моделям атмосферы Титана. Снимки для мозаики получены узкоугольной камерой Кассини с использованием спектрального фильтра, чувствительного в ближнем ИК диапазоне (938 нм). Съемка велась с расстояния в 242 500 км от Титана с разрешением 2,6 км на пиксель. Центр проекции с координатами 68 градусов с.ш. и 225 градусов з.д.

Кракен и Лигея в фокусе Кассини

    С начала февраля 2016 г. встречи с Титаном опять обеспечивали постепенный рост наклонения орбиты Cassini и уменьшение периода обращения. В результате к 30 ноября была сформирована специальная орбита для наблюдения как освещенного северного полюса Сатурна, так и его колец с близкого расстояния при почти перпендикулярном направлении съемки*. Наклонение ее составило 63.7°, период - 7.2 сут. В перикронии (перицентре) КА проходил в 150000 км от Сатурна и примерно в 10000 км от внешнего кольца F со скоростью 21.15 км/с, а в апокронии удалялся на 1280000 км, замедляясь до 2.5 км/с. При этом положение узлов орбиты было выбрано так, чтобы соединяющая их линия была ориентирована в сторону Земли. Это обеспечивало возможность радиопросвечивания колец сигналами Cassini.

* Официальное наименование - High-Flying, Ring Grazing Orbits, то есть орбиты высокого полета, пасущие кольцо.

    Первое прохождение перицентра было зарегистрировано 4 декабря в 13:09 UTC по времени прихода сигнала; в реальности оно произошло ровно на четыре часа раньше. По такой орбите, почти касаясь снаружи кольца F, с 30 ноября 2016 г. по 22 апреля 2017 г. Cassini сделал 20 витков вокруг Сатурна.

Последняя встреча космического аппарата Кассини с Мимасом состоялась 30 января 2017 года. Кассини пролетел на расстоянии в 41 230 км от этой луны. Это изображение является одним из самых лучших, когда-либо полученных Кассини. Для космического аппарата близкие встречи с Мимасом были очень редким событием и всего семь из них были на расстоянии менее 50 000 км. Поверхность Мимаса усеяна бесчисленными кратерами, самый большой из которых придает луне неповторимый вид (Звезда Смерти). Ученые на Земле сделали две версии данного снимка. Общий вид включает в себя часть поверхности Мимаса освещенную Солнцем, а другая часть освещена отраженным от Сатурна светом (яркость увеличена для выравнивания). Вторая версия показывает естественный уровень освещенности во время съемки. Мозаика Мимаса включает в себя 10 снимоков узкоугольной камеры Кассини. Местность на поверхности Мимаса в центре имеет координаты 17,5 градусов ю.ш. и 325,4 градуса з.д. Съемка велась с расстояния в 45 000 км. Разрешением мозаики 250 метров на пиксель.

Прощание с Мимасом

Пандора

    18 декабря аппарат прошел на близком расстоянии от малого спутника Пандора, а 16 января сделал снимок микроскопической луны Дафнис, обитающей в делении Килера в кольце Сатурна. Кроме того, 7 марта удалось снять спутник Пан с разрешением в восемь раз лучше, чем достигнутое до сих пор. Как оказалось, Пан имеет форму пельменя, активно собирая пылевой материал и формируя экваториальное вздутие. Наконец, 12 апреля аппарат прошел в 11000 км от Атласа.

Мозаика из снимков космического аппарата Кассини демонстрирует нам три маленьких луны Сатурна (Атлас, Дафнис и Пан), их орбиты пролегают в кольцах планеты гиганта. Для удобства сравнения снимки приведены к единому масштабу. Экваториальный пояс Пана намного тоньше и более четко выражен чем, аналогичное образование на Атласе и это притом что, по-видимому, изначально Атлас сам по себе был меньше Пана. Для получения качественных изображений Атласа и Пана были объединены снимки, сделанные с использованием ИК, зеленого и УФ спектральных фильтров. Именно благодаря такому сочетанию мы с вами можем рассмотреть тонкие различия оттенков на поверхности этих лун. Снимки Атласа сделаны 12 апреля 2017 года с расстояния в 16 000 км (фазовый угол съемки, Солнце-луна-КА, 37 градусов). Пан попал в объектив 7 марта 2017 года, Кассини в этот момент располагался в 26 000 км от луны (фазовый угол 21 градус). Изображение Дафниса было получено 16 января 2017 года с расстояния 28 000 км (фазовый угол 71 градус). Север сверху.

Малые луны Сатурна

Два снимка небольшого спутника Сатурна Пан демонстрируют нам, как менялась перспектива во время пролета космического аппарата Кассини на расстоянии 24600 км от луны 7 марта 2017. Это было самое близкое рандеву Кассини с Паном, что позволило улучшить детализацию поверхности луны в восемь раз по сравнению с предыдущими данными. Слева показано северное полушарие, а справа соответственно южное. Оба снимка демонстрируют заднюю полусферу спутника Сатурна (по ходу движения луны по своей орбите). Ученые из команды Кассини полагают, что Пан сформировался в кольцах Сатурна, при этом вещество колец свободно формировало сферообразную поверхность луны, пока кольцевая система Сатурна была молодой и более толстой по вертикали. Таким образом, Пан, вероятно, имеет более плотную сердцевину, состоящую изо льда, в окружении менее плотной мантии. Тонкий гребень на экваторе Пана сформировался уже после того как образовалась эта луна, очистив на своей орбите область и образовав щель в кольцах Сатурна. К тому моменту, когда сферическое тело Пана было образовано, кольца стали значительно тоньше, но их частицы продолжали свободно падать на поверхность луны, образуя гребень в экваториальной области. На более массивном теле такой гребень не был бы таким высоким и узким, гравитация его должна была сгладить. По притяжение Пана настолько мало, что вещество из колец просто оседает на Пан и накапливается в плоскости колец Сатурна. Другие динамические силы удерживают хребет от бесконечного роста. Снимки сделаны узкоугольной камерой Кассини с расстояния 24 583 км (разрешение 147 метров на пиксель) и 27 335 км (разрешение 224 метра на пиксель) соответственно.

Пан с разных сторон

    22 апреля в 06:08 UTC состоялся последний целевой пролет Титана Т-126, в результате которого перицентр орбиты КА сместился внутрь системы колец, ниже кольца D, наклонение уменьшилось до 62.4°, а период - до 6.4 суток. Начались так называемые ближайшие орбиты (Proximal Orbits), именуемые также более торжественно - Grand Finale, Великий финал.

На снимке представлен Дафнис, это один из спутников Сатурна, чья орбита пролегает в кольцах планеты гиганта. По мере своего движения в щели Киллера луна, своей гравитацией, формирует волны в кольцах. Дафнис - это маленькая луна в поперечнике достигающая 8 км, но ее гравитация достаточно сильна, чтобы подтягивать к себе крошево из кольца А. По мере движения в щели Киллера гравитация луны образует волнообразные структуры как в горизонтальной, так и в вертикальной плоскостях. Подобные снимки крупным планом демонстрируют ученым сложное взаимодействие между кольцами и лунами Сатурна. На снимке в кильватере Дафниса просматриваются три уменьшающиеся волны, которые постепенно эволюционируют, так как частицы внутри гребней сталкиваются друг с другом. При более детальном рассмотрении рядом с луной видна небольшая нить из частиц, которая была вообще вырвана из кольца А. Снимки для мозаики были сделаны в видимом диапазоне, используя узкоугольную камеру, с расстояния в 28 000 км от Дафниса (фазовый угол 71 градус). Разрешение снимка 168 метров на пиксель.

Область луны Дафнис

    26 апреля аппарат прошел на высоте 6000 км над северной полярной областью Сатурна, а в 09:00 UTC снизился всего до 2800 км над вершинами облаков планеты, имея скорость 33.957 км/с. На время прохождения плоскости колец КА развернулся остронаправленной антенной по направлению движения - она служила импровизированной защитой от пылевых частиц, движущихся с относительной скоростью 31.5 км/с. К радости инженеров и к недоумению ученых, область под кольцами оказалась свободна от пыли. Завершив запланированные наблюдения, 27 апреля в 06:56 UTC станция Cassini вновь вышла на связь.

Анимация полярного вихря на севере Сатурна в естественных цветах показывает изменения, произошедшие в период с июня 2013 по апрель 2017 г. Цвета региона значительно поменялись в этот период, хотя он и охватывает только вторую половину весны на северном полушарии Сатурна. В 2013 году в регионе преобладали синие оттенки, но уже через 4 года весь регион был укрыт желтой дымкой, и только центральная область вихря сохранила свой цвет. Сезонные изменения из-за увеличения ультрафиолета от Солнца, вызвали образование фотохимических аэрозолей, т.е. дымки. Считается, что дымка в полярном регионе вызвана частицами смога, образовавшимися из-за увеличения солнечной радиации. Есть несколько гипотез объясняющих, почему центр полярного вихря остался прежним. Одна из идей заключается в том, что, самый центр вихря/северный полюс в последнюю очередь подвергается воздействию ультрафиолета, поэтому атмосфера еще не успела накопить смог в этой области. Вторая идея предполагает, что полярный вихрь может иметь внутреннюю циркуляцию, похожую на ураганы на Земле. Если вторая идея верна, то циркуляция в центре направлена вниз в глаз вихря. Циркуляция в нисходящем направлении должна удерживать атмосферу от накопления фотохимических частиц смога. Снимки 2013 года сделаны с расстояния 700 000 км от Сатурна, а снимки 2017 года сделаны незадолго до первого погружения космического аппарата Кассини в кольца Сатурна с расстояния в 725 000 км.

Сравнение полярного вихря на Сатурне (2013 и 2017 год)

    29 апреля КА поднялся в апоцентр, на высоту 1272000 км, при скорости 1.675 км/с, где и замкнул свою 271-ю орбиту вокруг Сатурна. Аппарат должен выполнить еще 21 виток, проходя между планетой и кольцами и почти чиркая по краю атмосферы Сатурна. Цель этого этапа - картирование гравитационного и магнитного поля планеты, определение массы наиболее плотного кольца В, съемка и зондирование колец и поверхности Сатурна с минимальной дистанции.

КАССИНИ: ПРОЩАНИЕ С САТУРНОМ

    Ничего подобного первоначальным планом миссии Cassini не предполагалось!