Ранним утром в четверг 1 июля 2004 года космический аппарат Cassini с исследовательским модулем Huygens на борту должен будет выйти на орбиту Сатурна. Завершится его семилетнее путешествие с Земли, за время которого он проделал путь длиной 3,5 миллиарда километров, и начнется другой этап экспедиции, которую задумали и реализовали три космических агентства - NASA, ESA и итальянское ASI - Agenzia Spaziale Italiana. Этот этап продлится меньше - всего четыре года, но в течение этого времени землян ждет увлекательный рассказ об одной из самых красивых планет в Солнечной системе.
Миссия Cassini-Huygens названа в честь Жан-Доминика Кассини и Христиана Гюйгенса. Имена этих европейских ученых XVII века астрономы обычно ставят рядом - оба они, и итальянец, и голландец прославились, в числе прочего, изучением самой красивой и загадочной планеты Солнечной системы - Сатурна. Впервые ее заметил, правда, другой знаменитый исследователь - Галилео Галилей. Он обратил внимание на то, что форма Сатурна меняется время от времени - впоследствии стало понятно, что это происходит из за того, что периодически с Земли Сатурновы кольца видны "в профиль", когда их не видно. Однако, разумеется, не только изысканные кольца привлекали и продолжают привлекать к этой планете внимание ученых - Сатурн и без них является интереснейшим объектом для изучения.
Итальянский и французский астроном, основатель астрономической династии. Родился 8 июня 1625 в Перинальдо (Генуэзская республика). Образование получил в иезуитском коллегиуме в Генуе и в аббатстве Сан-Фруктуозо. В 1644–1650 гг. работал в обсерватории маркиза Мальвазиа в Панцано (близ Болоньи), продолжил астрономическое образование под руководством Дж.Б.Риччоли и Ф.М.Гримальди. В 1650–1669 гг. профессор астрономии в Болонском университете. В 1669 г. переехал во Францию, где руководил строительством Парижской обсерватории, которую возглавлял до конца жизни. С 1669 г. – член Парижской Академии наук. Скончался в 1712 году. В 1671 г. Кассини открыл второй спутник Сатурна – Япет и объяснил изменения его яркости тем, что этот спутник всегда обращен к планете одной стороной. В 1672 г. открыл третий спутник Сатурна – Рею, в 1684 г. – два других, Тетис и Диону. В 1675 обнаружил, что кольцо Сатурна состоит из двух частей, разделенных темной полосой (которую стали называть «делением Кассини»). Размышляя над физической природой кольца Сатурна, Кассини предположил, что оно состоит из большого количества отдельных небольших частиц.
Планета в шляпе
Без учета диаметра колец Сатурн по своим размерам вполне сопоставим с другим гигантом Солнечной системы - Юпитером, хотя по размеру немного ему уступает - 120 тысяч километров против 143 тысяч (речь идет об экваториальных диаметрах). Обе планеты появились четыре миллиарда лет назад. Так же как и Юпитер, Сатурн состоит из газа, причем это единственная планета из известных на сегодняшний день, чья плотность меньше плотности воды. Если Сатурн поместить в гигантскую ванну размером с Солнечную систему, то он всплывет. Эта планета имеет суровый климат - на ее поверхности бушуют ураганы, скорость ветра при этом достигает 1800 километров в час. Вокруг Сатурна вращается 31 спутник, самый большой из которых - Титан. По размерам он больше планеты Меркурий и имеет собственную атмосферу - явление для нашей системы уникальное.
Однако, несмотря на все эти факты, кольца, опоясывающие планету, более всего привлекают исследователей. Они состоят из кусков льда и камней различного размера - от мелких осколков до скал объемом с многоэтажный дом. Они вращаются вокруг планеты с разной скоростью. По мнению ученых, кольца состоят из обломков астероидов, остатков комет и спутников, "оторвавшихся" от других планет - эти небесные тела разрушились, а их остатки Сатурн "притянул" на свою орбиту. Ширина колец достаточно велика - она соответствует расстоянию от Земли до Луны (примерно 400 тысяч километров).
Миссия Cassini-Huygens
Экспедиция началась 15 октября 1997 года. Взлет ракеты-носителя Titan IV-B/Centaur с аппаратом на борту мог состояться лишь в 140-минутный период - за несколько дней до этого инженеры NASA не вписались в подобное "окно", и старт пришлось отложить. Итог многолетней работы восьми тысяч специалистов в США, а также многих тысяч в 17 других странах был поставлен под вопрос из-за плохой погоды. Однако судьба оказалась благосклонной к ним - запуск состоялся. Cassini-Huygens отправился в долгое семилетнее путешествие к Сатурну. Ему пришлось обогнуть Землю и Венеру, чтобы набрать достаточную скорость для путешествия к Сатурну. Летом 1999 года аппарат последний раз пролетел мимо Земли, а в декабре 2000 года достиг Юпитера.
Голландский математик, физик и астроном. Родился 14 апреля 1629 г. в Гааге. Учился в университетах Лейдена (1645–1647) и Бреды. В 1665–1681 гг. жил в Париже, с 1681 г. – в Гааге. Гюйгенс получил известность благодаря изобретению маятниковых часов. Об этом открытии он сообщил в сочинении "Часы" (Horologium, 1658). В 1678 г. Гюйгенс представил в Парижскую академию наук "Трактат о свете" (Traite de la lumiere), в котором излагалась волновая теория света. В рамках этой теории ученый объяснил механизм распространения света, отражение, преломление, атмосферную рефракцию, двойное лучепреломление, рассматривалась также форма линз. С помощью сконструированного им телескопа в 1655 г. обнаружил кольцо у Сатурна и его спутник Титан, определил период обращения Титана вокруг планеты. Умер Гюйгенс в Гааге 8 июля 1695 года.
Первая часть путешествия закончится 1 июля в 06:36 по московскому времени, когда Cassini, развернувшись вокруг своей оси, начнет торможение своим двигателем. Он сбросит скорость настолько, чтобы плавно подойти к орбите Сатурна и стать ее искусственным спутником. Это должно произойти к 08:36. Аппарат приблизится к планете ниже пояса ее колец и затем пройдет сквозь него между кольцами F и G. Сами кольца он минует еще на полной скорости - двигатель включат "на реверс", когда Cassini будет "выше" пояса планеты. Он будет работать примерно 90 минут, после чего аппарат затормозится настолько, что сможет благополучно присоединиться к остальным спутникам Сатурна.
Все маневры будут проходить в автоматическом режиме - радиосигнал идет от Земли до Сатурна в течение 83 минут, и поэтому оперативно реагировать на обстоятельства в ЦУПе не получится - все инструкции были даны Cassini в воскресенье - на него отправили последний перед началом сближения с планетой блок программ.
Космический самоубийца
Миссия Huygens начнется на Рождество 24 или 25 декабря. В этот день он отделится от Cassini и спустя примерно три недели - 15 января сядет на Титан.
При посадке он воспользуется парашютом - этот спутник Сатурна обладает атмосферой. В целом, миссия будет продолжаться 2,5 часа. Чтобы назначить дату начала операции по посадке европейского модуля на сатурнианскую луну на 25 декабря, ученым нужно было собраться с духом - севший в этот день в 2003 году на Марс европейский модуль Beagle пропал, как известно без вести.
Возможно, европейцы руководствовались принципом "один снаряд два раза не падает в одну воронку", либо решили, что спутник - не планета, и тут "законы космической подлости" не работают.
Впрочем, никто и не надеется, что Huygens выживет - ему изначально была уготовлена роль самоубийцы. Вся работа по исследованию состава атмосферы и передача данных на Cassini будет осуществлена во время посадки, пока модуль будет находиться в воздухе. Впрочем, если Huygens выживет, то он сможет еще раз передать все необходимые данные с поверхности - материнский аппарат будет находиться в пределах видимости еще два часа.
Европейский модуль войдет в атмосферу спутника Сатурна на скорости 20 тысяч километров в час и затормозится до шести метров в секунду. На этой скорости он столкнется с поверхностью Титана.
Антропоморфизм и высокие технологии
Анатомия Cassini. Иллюстрация с сайта NASA
Lenta.ru
Оба аппарата - Cassini и Huygens могут осуществлять 27 различных научных экспериментов и измерений. Для этих целей они оснащены различными инструментами и приборами - у Cassini их 12, у Huygens - шесть. Некоторые приборы могут выполнять по несколько различных функций. С Землей аппараты могут связываться при помощи одной из трех антенн. Энергию Cassini-Huygens получает от особой бортовой электростанции, состоящей из трех радиоизотопных термоэлектрических генераторов. Cassini оснащен двумя двигателями, один из которых является запасным.
Для наглядности NASA в своем пресс-релизе сравнило приборы космического аппарата с органами чувств человека. Однако, как отмечается на сайте агентства, приборы намного чувствительнее их человеческих аналогов - Cassini может "видеть" не только обычные цвета, но также излучение, частота которого выходит за рамки видимого спектра. Кроме того, он способен воспринимать и измерять магнитные поля, а также многое другое, вплоть до измерения заряда частиц космической пыли, которые не способен увидеть человек.
Cassini и Huygens оснащены двумя типами приборов - дистанционного измерения и "контактными" сенсорами. К дистанционным приборам можно отнести камеры, спектрометры, радары, которые способны измерять и исследовать свойства веществ и полей на расстоянии. Приборами непосредственного, контактного анализа являются всевозможные анализаторы магнитного поля, измерители массы, электростатического заряда и прочих свойств частиц, которые будут обнаружены в космосе.
За ценой не постоим
Бюджет экспедиции впечатляет не меньше, чем ее размах - в проект были вложены 3,27 миллиарда долларов, включая 600 миллионов, которые потратило Европейское космическое агентство, а также 150 миллионов ASI, которые пошли на разработку антенны высокого усиления (кроме нее на аппарате установлены еще две антенны низкого усиления). Вклад ESA в проект, конечно, намного больше, но он не превышает четверти от всех денег и усилий, затраченных на организацию экспедиции в целом - остальное в нее вложили американцы. Европейское агентство владеет двумя из 12 приборов на Cassini и четырьмя из шести на Huygens.
Cassini. Фото с сайта NASA
Lenta.ru
Однако деньги эти, как утверждают ученые, не пропадут даром. Как минимум, аппараты позволят им понять, какие процессы происходили на Земле задолго до появления на ней жизни, когда наша планета была сильно похожа на Титан.
Вложенные в проект деньги уже принесли первые результаты. Cassini уточнил некоторую информацию, которая ранее была получена космическими зондами Voyager 1 и Voyager 2 в 1980 и 1981 годах соответственно. Анализ колебаний естественного радиоэха Сатурна, который произвел Cassini, показал, что период вращения этой планеты вокруг собственной оси за последние двадцать лет увеличился примерно на один процент. В частности, в настоящее время Сатурн делает полный оборот за 10 часов 45 минут 45 секунд, что на шесть минут больше результатов Voyager.
До этого аппарат сумел сфотографировать крупным планом два спутника Сатурна – Титан и Фебу. Фотографии позволили сделать выводы о составе вещества, из которого они состоят.
И это только начало! Аппараты еще толком не начали свою работу, а результаты исследований уже поступают на Землю. Что ж, вооружимся терпением – в течение четырех следующих лет нам предстоит смотреть увлекательный сериал "Сатурн глазами двух великих ученых мужей". Приятного просмотра!
Павел Аксенов