NASA на Сатурне. Часть первая: чёрная луна с белой изнанкой

15 июня 2004
membrana

---

Миссия Cassini-Huygens - одно из самых впечатляющих предприятий человечества в космосе. На рисунке - земной зонд в системе Сатурна, видимый с поверхности Пандоры (Pandora) - одной из малых лун планеты-гиганта (иллюстрация с сайта saturn.jpl.nasa.gov).

Близкий пролёт корабля Cassini около Фебы (Phoebe) дал множество удивительных снимков, которые позволили сделать вывод о происхождении этого странного спутника Сатурна. Сюрпризы маленькой луны - хорошее начало для многолетней миссии американского аппарата в системе планеты-гиганта.

Межпланетная станция Cassini должна выйти на орбиту вокруг Сатурна поздно вечером 30 июня 2004 года (1 июля по Московскому времени).

Любопытно, что при подлёте к планете аппарат пройдёт между её знаменитыми кольцами.

Однако одна из важных целей станции была достигнута ещё 11 июня. Cassini пролетел на минимальном расстоянии (немногим более 2 тысяч километров) от Фебы.

Этот спутник - самый удалённый от Сатурна (почти 13 миллионов километров).

Поперечник Фебы (планетка имеет приблизительно сферическую форму) - 220 километров.

Феба вращается вокруг Сатурна в направлении, обратном движению всех других его спутников, а также и направлению вращения самого Сатурна вокруг оси.

Ещё Феба отражает около 6 процентов солнечного света - это один из самых тёмных объектов в Солнечной системе.

Эти особенности давно заставляли астрономов предполагать, что Феба - захваченный когда-то давно в гравитационные сети Сатурна астероид.

Но последние данные вносят уточнение: вероятнее всего - это пришелец из пояса Койпера - гигантской области, лежащей, на дальних границах Солнечной системы, намного дальше орбиты Плутона.

Монтаж из двух снимков Фебы, сделанных 11 июня 2004 года (фото с сайта saturn.jpl.nasa.gov).

Пояс содержит мириады замёрзших глыб разного размера. Это своего рода строительный мусор, оставшийся там со времени рождения нашего планетарного мирка.

Детальные изображения поверхности Фебы показали - загадочный чёрный спутник содержит богатый светлым льдом материал, над которым лежит сравнительно тонкий (300-500 метров) тёмный слой.

Поверхность спутника усыпана рытвинами, большими и маленькими кратерами. Из многих кратеров (особенно больших и глубоких) выходят яркие полосы-лучи.

Во многих случаях светлые выбросы перекрываются более поздними наслоениями тёмного вещества.

Этот снимок Фебы сделан с расстояния 12 тысяч километров, с разрешением (в оригинале) примерно 70 метров в пикселе. Весь кадр занимает кратер диаметром 100 км, внутри которого видны более поздние следы ударов, в том числе - 45-километровый кратер слева, демонстрирующий множество характерных для Фебы светлых выбросов (фото с сайта saturn.jpl.nasa.gov).

Также интересно, что иногда на стенах больших кратеров, на их тёмных участках, видны светлые обнажения и оползни, вызванные, вероятно, позднейшими ударами более мелких метеоритов непосредственно в стену кратера, а также сотрясениями от ударов метеоритов поблизости.

Всё это кардинально отличает пейзажи Фебы от картин, снятых с таким же разрешением ранее на каких-либо астероидах.

Доктор Альфред Макэвен (Alfred McEwen), член научной команды миссии Cassini-Huygens, сообщил следующее: "Феба - это мир драматических очертаний, с кратерами, оползнями, и линейными структурами типа ущелий, горных хребтов, и цепочек впадин.

Они - ключи к внутренним свойствам Фебы, которые мы будем изучать, чтобы понять происхождение этого спутника и его развитие".

"Я думаю, что эти изображения показывают нам древний остаток тел, которые сформировались более чем четыре миллиарда лет назад во внешних пределах Солнечной системы", - добавил коллега Макэвена доктор Торренс Джонсон (Torrence Johnson).

Анализ данных, собранных с помощью инструментов межпланетного зонда, будет продолжаться ещё очень долго, но уже сейчас ясно, что пролёт Фебы дал богатую пищу для размышлений относительно самых ранних этапов жизни Солнечной системы.

Схема космического аппарата Cassini (иллюстрация с сайта saturn.jpl.nasa.gov).

Тут пора сказать пару слов о самом аппарате. Орбитальный модуль несёт 12 научных инструментов.

Это разнообразные камеры и спектрометры, работающие в видимом, инфракрасном и ультрафиолетовом диапазонах волн, спектрометры заряженных и нейтральных космических частиц, радар, различное оборудование для магнитных измерений, анализатор космической пыли и так далее.

Всё это богатство питается от трёх радиоизотопных термоэлектрических генераторов.

На спускаемом зонде Huygens, который пристыкован сейчас к Cassini, и который должен совершить посадку на Титан - гигантский спутник с атмосферой, и, возможно, океаном - научных приборов шесть.

Точнее - это шесть крупных блоков, каждый из которых оснащён широчайшим набором датчиков.

Они будут измерять физические, химические и электрические параметры атмосферы Титана, попробуют выявить картину его ветров, соберут образцы газов и аэрозолей, а после посадки узнают - попал зонд на твёрдую или жидкую поверхность, и каковы её физические и химические свойства.

Один из последних снимков Сатурна (в естественных цветах), снятых Cassini по мере приближения аппарата к месту назначения (фото с сайта saturn.jpl.nasa.gov).

Посадка Huygens на Титан намечена на январь 2005 года.

А Cassini ждёт 52 сближения с семью из 31 лун Сатурна. Со времён полётов "Вояджеров" не было в космосе столь масштабного исследования удалённых уголков Солнечной системы. Так что основные сюрпризы ещё впереди.

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Многое из того что могло бы случиться - не случилось ... наверное к лучшему.

NASA на Сатурне. Двенадцатая часть: спицы в кольца вставляют молнии

27 ноября 2006
membrana

---

Ультрафиолетовый снимок колец B (слева) и C (справа). Голубым показан более "чистый" лёд, красным - более "грязный", с большим количеством микрочастиц. Их высокое содержание является одной из причин возникновения "спиц" (фото NASA/JPL/University of Colorado).

Едва астрономы заметили какие-то полосы на кольцах Сатурна, как эти структуры перестали появляться. А потом снова стали регулярно давать о себе знать, но лишь спустя четверть века. Их сравнивали то с лучами, то со спицами, но понимания это не добавляло. Прямо не спицы, а палки в колёса. Но сейчас разгадка стала намного ближе.

Недавнее открытие таинственной дырки в Сатурне озадачило учёных, и им удалось найти аналоги этого явления только на Земле. Как ни странно, но чтобы разобраться с другой сатурновской головоломкой - "спицами" в кольцах, - астрономам опять пришлось прибегнуть к знаниям о родной планете.

"Спицы" впервые обнаружили аппараты Voyager I и II, которые пролетали рядом с Сатурном в 1980 и 1981 годах.

Эти структуры похожи на тёмные или светлые полоски шириной порядка 100 километров и протяжённостью до 20 тысяч километров. Они непостоянны: формируются за какие-то несколько часов, а ещё через несколько часов исчезают. А иногда их вообще не бывает: например, в период между 1998 и 2004 годами ничего подобного не наблюдалось. Снова они появились только в сентябре прошлого года, и аппарат Cassini стал периодически передавать их изображения.

Один из самых известных ранних снимков сатурнианских "спиц", сделанный аппаратом Voyager II 22 августа 1981 года. Полоски возникли в кольце B и просуществовали в более-менее чётком виде на протяжении двух-трёх оборотов кольца (фото NASA).

Тринадцать учёных из Германии, Тайваня, США и Великобритании нашли объяснение загадочным аномалиям, время от времени возникающим в сатурнианских кольцах. Вердикт специалистов гласит: в этом повинны мощнейшие разряды молний в атмосфере газового гиганта.

Согласно концепции, разработанной Джерейнтом Джонсом (Geraint Jones) из института исследований Солнечной системы Макса Планка (Max-Planck-Institut für Sonnensystemforschung) и его коллегами, изменения облика колец происходят из-за электронных пучков. Источник последних - молнии на Сатурне, которые куда мощнее земных.

Группа полос, сформировавшихся в сентябре. На этом и на многих других снимках "спицы" выглядят светлыми, но могут быть и тёмными - это зависит от угла, под которым "смотрит" Cassini (фото NASA/JPL/Space Science Institute).

Образующиеся при этом свободные электроны врезаются в кольца, в которых, помимо более-менее крупных глыб и камушков, есть и совсем мелкие частицы. Они имеют радиус всего около 0,6 микрометра и наэлектризованы. В результате электроны "выбивают" из колец эти крупицы, что приводит к возникновению радиальных полос - наподобие спиц в колёсах.

Как доказывают исследователи, все это происходит за счёт сил электростатического взаимодействия. Однако окончательного представления о том, откуда микрочастицы в кольцах получили ненулевой заряд, пока не сложилось.

"Спицы увидены снова!" - такого рода восторженными заголовками NASA начинает свои пресс-релизы об этом, так и не понятом до конца, явлении. Снимки спиц сделаны 23 июля (вверху) и 24 сентября (внизу) (фото NASA/JPL/Space Science Institute).

Ранее существовала теория, согласно которой метеориты врезались в кольца, что становилось причиной электризации частиц. Но это, утверждает Джонс, не может объяснить расположение полос: маловероятно, что несколько метеоритов могли бы столкнуться с кольцами в такой упорядоченной последовательности, чтобы их следы могли складываться в линии.

Идея, предложенная Джонсом, является умозрительной - пока никто не видел, чтобы электронные пучки Сатурна действовали на его окружение. Но исследователи говорят, что эта теория может объяснить странные явления в кольцах, к тому же она вписывается в представления о происходящем при грозах на Земле.

На октябрьском снимке полосы уже немного "расползлись". Но "место действия" прежнее - кольцо B (фото NASA/JPL/Space Science Institute).

Обычно молнии на нашей планете возникают в результате разряда между облаками и поверхностью. Но сценарий может быть иным. Под воздействием космических лучей верхние слои атмосферы ионизируются, и освободившиеся электроны вырываются во внешнее пространство вдоль линий магнитного поля Земли.

Грозовые бури также происходят во внешних слоях атмосферы Сатурна, и Джонс уверен, что там имеет место точно такое же явление. И, как результат, всё это сказывается на кольцах.

Молния на Сатурне вызывает выброс электромагнитной энергии в широком диапазоне, в том числе и на радиоволнах. Некоторые волны движутся вверх, и Cassini регистрирует их с помощью специальной аппаратуры, предназначенной для изучения плазмы и радиоволн (иллюстрация NASA/JPL/University of Iowa).

Линии магнитного поля, проходящие от 43-52 градусов северной широты до 38-46 градусов южной, смещают электронные пучки к кольцу B, фрагменты которого движутся с той же угловой скоростью, что и сама планета. Это значит, что пока длится грозовой шторм, в кольце будет формироваться и поддерживаться "спица".

Электронные пучки, возникающие на иных широтах, взаимодействуют с другими кольцами, скорости которых отличны от скорости Сатурна. Именно по этой причине полоски хорошо видны только в кольце B. Они есть и в других частях, но более расплывчатые. Это, в целом, укладывается в концепцию исследовательской группы Джонса.

Динамика изменения "спиц". Это, кстати, первые снимки загадочных полос, сделанные в прошлом году после 25-летнего "затишья" (фото NASA/JPL/Space Science Institute).

Впрочем, дальнейшие доказательства, наверное, уже не за горами: Cassini удалось зарегистрировать по крайней мере два потока электронов, выпущенных в космос сатурнианскими молниями.

Более точные факты предоставят наблюдения за молниями на Сатурне, хотя это будет и непросто. "Я точно не знаю, как грозовые бури могут выглядеть на Сатурне, - говорит Джонс и добавляет: - И вообще, я не уверен, что кто-нибудь может это знать".

_ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _ _

Многое из того что могло бы случиться - не случилось ... наверное к лучшему.