Кассини-Гюйгенс — финал 20 лет исследований



    15 сентября в 14:54 по Москве (11:54 по UTC) завершается без одного месяца 20-летняя миссия Кассини — орбитальной «половинки» автоматической межпланетной станции Кассини-Гюйгенс (миссия посадочного зонда «Гюйгенс» завершилась ещё 14 января 2005 года, спустя час после посадки на Титан). Это была всего 4-я миссия к Сатурну после Пионера-11 и двух Вояджеров, и единственная в которой аппарат выходил на его орбиту. Следующая миссия в систему Сатурна должна состояться не раньше 2029 года.

    В ходе своей миссии аппарат сделал 293 оборота вокруг Сатурна, среди которых выполнил 162 прохода вблизи его спутников и открыл 7 новых из них, передал на Землю 453 048 фотографий в составе 635 Гбайт научных данных и стал источником для 3 948 научных публикаций. Им были обнаружены океан на Энцеладе, а также океан, 3 моря и сотни малых озёр на Титане. В данном проекте участвовало около 5 тысяч человек из 27 стран, а его общая стоимость составила 3,9 млрд $ в которые начальные доли распределялись как: 2,6 млрд $ от американского агентства NASA, 500 млн $ от европейского ESA и 160 млн $ от итальянского ASI.

    Конструкция Кассини




    Аппарат Кассини-Гюйгенс в процессе испытаний. Круглая оранжевая часть на переднем фоне — Гюйгенс, осуществивший посадку на Титан, белая часть — 4-метровая антенна/радар Кассини

    Схема аппарата под разными углами:



    Зонд, названный в честь Джованно Кассини (открывшего со 2-го по 5-й спутники Сатурна) имеет целых 6,8 м в высоту и 4 м в ширину при сухом весе в 2150 кг (это был третий по массе межпланетный зонд после пары советских «Фобосов»). Сатурн достигает только 1,1% от солнечной энергии, доступной нам на орбите Земли, поэтому зонд питается 3 РИТЭГами таких же огромных размеров как и сам аппарат — они имеют 32,7 кг плутония-238 (это в 3,6 раз больше чем было у обоих Вояджеров на старте, в 6,8 раз больше чем есть у Кьюриосити и видимо больше всего плутония доступного NASA на данный момент: 1, 2). Аппарат имеет 1630 отдельных электронных компонентов и 22 тыс. проводных соединений при общей длине кабелей в 14 км, а управляется — дублированными 16-битными компьютерами 1750A (ещё один такой управлял ракета-носителем Titan IV выводившим аппарат на орбиту). Научное оборудование включает в себя 12 инструментов сгруппированные в три группы, которые предназначены для 27 отдельных научных исследований:

    Датчики оптического диапазона:

    1) Композитный инфракрасный спектрометр, включающий в себя камеры 3 диапазонов (CIRS); 2) широкоугольная и узкоугольная (диаметром в 33 см) камеры видимого диапазона с набором из нескольких фильтров для разных цветов и ПЗС-матрицами разрешением 1024x1024 пикселей. (ISS); 3) ультрафиолетовый спектрометр, включающий в себя 4 телескопа (UVIS); 4) картографирующий спектрометр видимого и инфракрасного диапазона, разбивающий видимый им свет на 352 спектральных участка (VIMS);

    Датчики магнитных полей и заряженных частиц:

    5) плазменный спектрометр (CAPS); 6) анализатор космической пыли фиксирующий частицы от микрон до нанометров (CDA); 7) масс-спектрометр ионов и нейтральных частиц (INMS); 8) магнетометр, размещённый на 11-метровой диэлектрической стреле, предназначенной для снижения влияния приборов аппарата на этот датчик (MAG); 9) инструмент визуализации магнитосферы, состоящий из трёх сенсоров ионов и заряженных частиц, расположенных в разных плоскостях (MIMI); 10) детектор радио и плазменных волн имеющий три приёмника разных частот (RPWS);

    Датчики радиоволн:

    11) 4-метровый в диаметре радар, предназначенный для картографии спутников Сатурна (Radar); 12) научная радио подсистема заключающаяся в использовании основной 4-метровой антенны для наблюдения Сатурна, его колец и спутников на просвет радиоволнами (RSS). Задержка сигнала у Сатурна составляет 68-84 минут в одну сторону.

    Примечание: по ссылкам доступны 3D-модели каждого инструмента и схемы их положения на аппарате.

    Через тернии к Сатурну


    Инфографика миссии и видео старта

    Небольшое примечание по поводу Пакмана — такое название они получили за схожесть тепловых снимков планеты с главным персонажем игры Pac-Man.



    Вес орбитального и посадочного зондов был слишком велик чтобы их можно было напрямую запустить к Сатурну (с 350 кг Гюйгенса общий вес аппарата составлял 2,5 тонны) — даже с учётом того что Titan IV на котором летел Кассини-Гюйгенс имела на 40% большую полезную нагрузку чем Titan IIIE на котором летели Вояджеры. Поэтому аппаратам пришлось немало поскитаться по Солнечной системе, набирая скорость гравитационными манёврами для встречи с Сатурном: после старта 15 октября 1997 года, 5,7-тонная связка из двух аппаратов заправленных 2978 кг топлива отправились на встречу с Венерой. Выполнив у неё 2 гравитационных манёвра 26 апреля 1998 года и 24 июня 1999 года (в которых они пролетали всего в 234 и 600 км от планеты соответственно), они 18 августа 1999 года вернулись ненадолго к Земле (пролетев от нас в 1171 км) после чего отправились уже к Юпитеру.


    Снимок Луны сделанный узкоугольной камерой аппарата в ближнем ультрафиолете, с дистанции около 377 тыс. км и выдержкой в 80 мкс.

    Пролетая сквозь пояс астероидов, аппарат встретился 23 января с астероидом Мазурский: к сожалению дистанция составляла 1,6 млн км, да и сам астероид был размерами всего 15x20 км, так что фотография составила меньше 10 на 10 пикселей. 30 декабря 2000 года Кассини-Гюйгенс встретился с Юпитером и своим собратом — Галилео, миссия которого уже приближалась к финалу (свою миссию он завершил почти 14 лет назад таким же самоотверженным подвигом, который собирается сейчас совершить Кассини). Этот 4-й по счёту гравитационный манёвр наконец придал двум аппаратам достаточную скорость для встречи с Сатурном 1 июля 2004 года, к этому времени он уже пропутешествовал 3,4 млрд км.

    Чтобы не терять понапрасну время — команда миссии использовала радиоантенны аппарата для уточнения эффекта Шапиро (замедление распространения радиосигнала при движении его в поле гравитации тяжёлого объекта). Точность измерений удалось увеличить с предыдущих результатов в 1/1000 у Викингов и Вояджеров до 1/51000. Опубликованные 10 октября 2003 года результаты полностью совпадали с предсказаниями общей теории относительности.


    На графике отчётливо видны пики встреч с планетами (после которых у аппарата прибавляется скорость), длинный спуск с небольшим изломом у Юпитера (когда аппарат летел на встречу Сатурну, постепенно разменивая кинетическую энергию на потенциальную, выбираясь из «гравитационного колодца» Солнца), и серия волн в конце (когда аппарат вышел на орбиту Сатурна, и начал вращаться на его орбите).

    Долгожданная встреча и основная миссия


    27 мая 2004 года Кассини впервые с декабря 1998 года включил свой основной двигатель для придания аппарату импульса в 34,7 м/с, который был нужен для коррекции траектории, которая провела его 11 июня в 2068 км от Фебы — очень удалённого спутника Сатурна, который предположительно образовался в поясе Койпера и был в дальнейшем был захвачен гравитационным притяжением Сатурна. Из-за огромного радиуса орбиты этого спутника (составляющего в среднем около 12,5 млн км) — это была единственная встреча Кассини с этим спутником.

    1 июля основной двигатель аппарата был включен ещё раз (уже на 96 минут), чтобы сбросить 626 м/с скорости для выхода на орбиту Сатурна. В тот же день была открыта Мефона и переоткрыта Паллена, которая была обнаружена ещё на одном из снимков Вояджера-2, но так как её не было на остальных снимках, орбиту небесного тела не удалось установить и на 25 лет оно получило обозначение S/1981 S 14. Уже на следующий день Кассини выполнил первый пролёт мимо Титана, 24 октября был открыт ещё один спутник (Полидевк), а 24 декабря был сброшен посадочный зонд Гюйгенс.

    14 января 2005 года Кассини выступил в роли ретранслятора для посадочного зонда (о нём речь пойдёт ниже), а на следующий день аппарат максимально сблизился с Титаном и с помощью своего радара обнаружил 440-километровый кратер на его поверхности. 6 мая был обнаружен спутник Дафнис, который обитает на краю щели Килера:



    На краях 42-километровой щели были обнаружены волны вызванные весьма слабым притяжением Дафниса (вес которого составляет всего 77 млрд тонн, что создаёт притяжение в 25-100 тыс. раз ниже земного):

    image

    Экватор Сатурна и плоскость его колец наклонены на 27° относительно эклиптики, так что мы можем наблюдать оба полюса Сатурна также как и наблюдать его кольца с верхней и нижней стороны. Но так как они наблюдаются под большим углом и с огромных дистанций (1,2-1,66 млрд км в зависимости от взаимного положения Земли и Сатурна) — разглядеть там что-нибудь было просто невозможно, так что скажем шестиугольник Сатурна — был обнаружен только пролетающими мимо Вояджерами.



    Фотография Сатурна в естественных цветах, состоящая из 36 снимков Кассини сделанных 19 января 2007 года тремя фильтрами (красным, зелёным и синим). Выдержка снимков сделана с расчётом на видимость тёмных областей колец, поэтому поверхность Сатурна получилась сильно переэкспонированной.

    В 2005 году было установлено что через гейзеры Энцелада его ежесекундно покидает около 250 кг водяного пара со скоростью до 600 м/с. В 2006 году учёным удалось установить что именно они являются источником материала для предпоследнего и самого широкого — кольца E.



    22 июля 2006 года аппарат пролетел над северными широтами Титана и на радарной карте сделанной аппаратом впервые были обнаружены тёмные области, свидетельствующие о том, что в этих местах на поверхности находятся метановые озёра. За выполненные аппаратом 127 пролётов этого спутника были в подробностях изучены множество участков его поверхности, на некоторых из которых наблюдались динамические изменения. Среди таковых было море Лигеи, имеющее размеры в 420x350 км и среднюю глубину около 50 м с максимумом более 200 м (максимальная глубина регистрируемая радаром):



    Наиболее вероятной причиной таких измерений считаются волны, твёрдые тела под или над поверхностью или пузыри в толще жидкости (которые влияют на отражающую способность поверхности).

    30 мая 2007 года был обнаружен 2-километровый спутник Анфа, а 10 сентября аппарат прошёл всего в 1600 км от Япета, но уже при передаче снимков в компьютер аппарата попала частица космических лучей, которая вызвала его переход в безопасный режим. К счастью снимков при этом потеряно не было. Незадолго до этого события пришло видео-поздравление Артура Кларка с этим событием (согласно одному из его известнейших романов — «2001: Космическая одиссея» — на поверхности Япета находился один из монолитов).

    Видео-поздравление и его перевод

    Здравствуйте! Это Артур Кларк, присоединяющийся к вам из моего дома в Коломбо, Шри-Ланка.

    Я рад быть частью этого события по пролёту Япета космическим аппаратом Кассини.

    Я отправляю моё приветствие всем друзьям — известным и не известным — которые собрались по поводу этого важного события.

    Мне жаль что я не могу быть с вами, так как я прикован к инвалидному креслу полиомиелитом и не планирую покидать Шри-Ланку снова.

    Благодаря Всемирной паутине я могу следить за ходом миссии Кассини-Гюйгенс с момента его запуска несколько лет назад. Как вы знаете, у меня есть нечто большее чем просто интерес к Сатурну.

    И я был по настоящему напуган в начале 2005 года, когда зонд Гюйгенс передал записи звука с поверхности Титана. Это точно то, что я описал в моём романе 1975 года «Земная империя», где мой персонаж слушает ветра дующие над пустынными равнинами.

    Возможно, это было предвкушение грядущего! 10 сентября, если всё будет идти по плану, Кассини сделает наш ближайший взгляд на Япет — один из самых интересных спутников Сатурна.

    Половина Япета темна как асфальт, в то время как другая половина светла как снег. Когда Джованни Кассини открыл Япет в 1671 году, он мог видеть только светлую сторону. Мы сделали свой лучший беглый взгляд когда Вояджер-2 пролетел мимо него в августе 1981 года — но это было почти в миллионе километров.

    С другой стороны, Кассини собирается пройти в чуть больше чем тысячи километров от Япета.

    Это особенно захватывающий момент для поклонников «2001: Космическая одиссея» — потому что обнаруженный одиноким астронавтом Дэвидом Боуменом монолит Сатурна стал вратами к звёздам.

    35-я глава романа озаглавленная как «Око Япета» содержит следующий фрагмент:
    «Дискавери» приближался в Япету так медленно, что движение почти не ощущалось и нельзя было заметить тот миг, когда произошла неуловимая перемена и космическое тело вдруг стало ландшафтом в каких-нибудь восьмидесяти километрах под кораблем. Надежные верньеры дали последние подправляющие толчки и смолкли навсегда. Корабль вышел на свою последнюю орбиту: время оборота – три часа, скорость – всего тысяча триста километров в час. Большей скорости в этом слабом гравитационном поле не требовалось. «Дискавери» стал спутником спутника.
    Больше 40 лет спустя, я не могу вспомнить почему поместил монолит Сатурна на Япет. В те времена начала Космической эры, наземные телескопы не могли разглядеть деталей этого небесного тела. Но у меня всегда была странная очарованность Сатурном и семьёй его спутников. Кстати эта «семья» росла весьма внушительными темпами: когда Кассини был запущен — мы знали только о 18 из них. Я понимаю что их сейчас 60 штук, и их число продолжает увеличиваться. Я не могу удержать себя от соблазна сказать:

    Бог мой, там полно спутников!

    Однако в фильме Стенли Кубрик решил поместить всё действие в систему Юпитера, а не Сатурна. Почему такое изменение? Ну, с одной стороны, это сделало сюжет более прямолинейным. И более важно что отдел спецэффектов не смог произвести модель Сатурна, которую бы Стенли нашёл убедительной.

    Это было сделано правильно, потому что иначе фильм бы устарел с пролётом миссии Вояджеров, которые представили кольца Сатурна в таком виде, который никто даже не мог себе представить.

    Я видел множество примеров того как Нептун изображали в искусстве, так что я буду держать пальцы скрещенными когда Кассини будет пролетать мимо Япета.

    Я хочу поблагодарить всех связанных с миссией и всем проектом. Возможно ему не хватает гламура пилотируемой космонавтики, но научный проект чрезвычайно важен для нашего понимания Солнечной системы. И кто знает — возможно однажды наше выживание на Земле окажется зависимым от того что мы там обнаружим.

    Это Артур Кларк, желаю вам успешного пролёта.

    Карта Япета с разрешением 400 м на пиксель (оригинал 5 Мбайт):



    Примерно 40% поверхности этого спутника занимают тёмные области имеющие альбедо в 10 раз меньше светлых областей. Сейчас источником столь большой разницы считается эффект разделения пыли и льда, когда лёд испаряется с темных областей и осаждается на светлых, тем самым светлые области — становятся ещё светлее, а тёмные — темнее. Причиной того что остальные спутники ведут себя «нормально» заключается в том, что они имеют меньшую продолжительность дня, за которую поверхность не успевает достаточно прогреться.

    Продление и миссия «Кассини — равноденствие»


    С 1 июля 2008 года началась расширенная 27-месячная миссия Кассини, в которую включили 21 дополнительный пролёт Титана, 8 Тефии, 7 Энцелада, 6 Мимаса и по одному пролёту Дионы, Реи и Елены.

    15 августа 2008 года было открыт Эгеон, который хоть и был назван в честь чудовища со 100 руками и 50 головами, но был практически безобидным «камешком» 500 м в диаметре (он был настолько мал что его размеры пришлось устанавливать по яркости, так что точную форму этого спутника мы не знаем). А 9 октября Кассини выполнил свой самый опасный манёвр — пролёт всего в 25 км от Энцелада (и это на скорости в 17,7 км/с!). На столь рискованный шаг команда миссии пошла ради прямого анализа состава водяного пара его гейзеров.

    В ходе своих 23-х пролётов Энцелада за всё время миссии (в 10-ти из которых аппарат приближался на дистанцию меньше 100 км) было установлено, что pH подповерхностного океана составляет 11-12 единиц (что является малопригодным для земных форм жизни), но в выделениях гейзеров также были обнаружены азот (4±1%), углекислый газ (3,2±0,6%), метан (1,6±0,6%) а также следы аммиака, ацетилена, синильной кислоты и пропана (что говорит об активном образовании под поверхностью Энцелада органических веществ). К сожалению аппарат не содержит специальных приборов для регистрации сложной органики (так как об нахождении таковой аппаратом во время планирования миссии даже не могли предположить), так что ответ на вопрос «возможно ли существование жизни под поверхностью Энцелада?» Кассини оставил для своих последователей.

    К 26 июля 2009 года был открыт последний из обнаруженных Кассини спутников — 300-метровый S/2009 S 1, который был обнаружен благодаря 36-километровой тени которую он отбрасывает на дальний край кольца B по которому пролегает его орбита:



    Второе продление и миссия «Кассини — солнцестояние»


    В феврале 2010 года было принято решение о дополнительном продлении миссии, которое началось уже в сентябре, и должно было продлиться до мая 2017 года, когда должна была решиться окончательная судьба аппарата. В неё были включены ещё 54 пролёта Титана и 11 пролётов Энцелада.

    Усилия Кассини и его команды сумевшей добиться выделения дополнительно около 400 млн $ на следующие 7 лет миссии (доведшие стоимость программы почти до 4 млрд $) оказались не напрасны: уже в декабре 2010 года в ходе пролёта Энцелада аппарат установил наличие у него океана под северным полюсом (в дальнейшем было установлено что океан не ограничивается только полярной областью). В том же году на поверхности Сатурна снова появилось Большое белое пятно — огромный шторм который появляется в атмосфере Сатурна примерно каждые 30 лет (Кассини с этим весьма повезло, и такие шторма ему удалось зарегистрировать дважды — в 2006 и 2010 годах). 25 октября 2012 аппарат зафиксировал мощный разряд внутри него, который поднял температуру стратосферных слоёв атмосферы на 83°C выше нормы. Таким образом этот вихрь стал самым горячим среди штормов в Солнечной системе, обойдя даже Большое красное пятно Юпитера.

    «День когда Земля улыбнулась» — проект организованный 19 июля 2013 года руководителем команды визуализации Кассини, в ходе которого Кассини сделал снимок всей системы Сатурна в которую также попали Земля, Луна, Венера и Марс. Всего было сделано 323 фотографии, из которых 141 далее была использованы для составления мозаики:



    Земля находится в нижнем правом углу, а оригинал без подписей — здесь (4,77 Мбайт).

    Параллельно с этим в NASA стартовала кампания «Помаши Сатурну» в ходе которой было собрано 1600 фотографий, из которых 12 ноября была собрана мозаика, которая в тот же день вышла на обложке газеты «Нью-Йорк таймс» (осторожно, оригинал весит 25,6 Мбайт):



    С 2012 по 2016 год аппарат фиксировал изменения цвета шестиугольника Сатурна (фото от 2013 и 2017 года, оригинал 6 Мбайт):



    «Гюйгенс»



    Посадочный зонд, названный в честь Христиана Гюйгенса (открывшего Титан в 1655 году, на который зонд осуществил посадку), представляет собой 318-килограммовый аппарат диаметром 2,7 метра с 6 наборами инструментов:

    1) передатчик постоянной частоты предназначенный для измерения скорости ветра по доплеровскому эффекту (Doppler Wind Experiment — DWE);
    2) датчики физических свойств атмосферы измеряющие плотность, давление и электрическое сопротивление атмосферы, а также датчики ускорений по всем трём осям позволяющий в купе с предыдущим прибором устанавливать плотность атмосферы (Huygens Atmospheric Structure Instrument — HASI);
    3) камеры видимого и инфракрасного спектров, параллельно с получением картинок занимающиеся измерением спектра и освещённости на текущей высоте аппарата (Descent Imager/Spectral Radiometer — DISR);
    4) пиролизёр аэрозольных частиц выполняющий нагрев проб взятых с двух различных высот, и перенаправлял их в следующий прибор (Aerosol Collector and Pyrolyser — ACP);
    5) газовый хромато-масс-спектрометр измеряющий состав и концентрацию отдельных составляющих атмосферы Титана, а на последнем этапе — ещё и испарённого нагревателем верхнего слоя грунта (Gas Chromatograph Mass Spectrometer — GCMS);
    6) набор приборов для измерения свойств поверхности, в которые входит акустический датчик измеряющий плотность/температуру атмосферы на последних 100 м спуска по свойствам отражённого поверхностью звука (Surface-Science Package — SSP).



    Гюйгенс отделился от Кассини 24 декабря 2004 года, и к 14 января добрался до атмосферы Титана. Спуск в атмосфере занял 2 часа и 27 минут, в ходе которого в действие последовательно вступали тепловая защита аппарата и три его парашюта, а после посадки он ещё 72 минуты передавал данные с поверхности (пока зонд Кассини выполнявший роль ретранслятора сигнала не ушёл за горизонт).


    Международная кооперация зонда Гюйгенс

    Десятка крупнейших открытий Гюйгенса:

    1) В ходе проведения измерений состава атмосферы с высоты 1400 км до самой поверхности, было установлено что слои атмосферы выше 500 км оказались теплее и плотнее ожидаемого, а средняя температура здесь составила -100°C с перепадами в 10-20°C, на высоте в 250 км температура достигала максимума в -87°C (чуть выше минимума на Земле), и далее падала до -203°C на высоте 44 км. На поверхности было слегка теплее (-180°C) при давлении в 1,47 атмосфер.

    2) Западные ветра на высоте 120 км достигали 430 км/ч, на высоте в 60 км аппарат попал в сильную турбулентность, после чего скорость ветра стала стабильно снижаться с 108 км/ч на 55 км, до 36 км/ч на высоте 30 км и 14 км/ч на 20 км. На высоте в 7 км направление ветра поменялось и дальше на зонд действовал лишь лёгкий ветерок в 1-3,5 км/ч. За время спуска аппарат снесло на 165,8 км относительно изначальной точки.

    3) Солнечный свет должен был разрушать атмосферный метан в течении десятков млн лет, и учёных интересовал источник его пополнения. Измерения показали, что на высоте выше 40 км основу атмосферы составляет азот с небольшими вкраплениями метана, далее концентрация метана начинает подниматься и достигает ≈5% на высоте 7 км. Это стало первым косвенным доказательством наличия на Титане криовулканизма. На поверхности планеты GCMS также обнаружил следы более сложных углеводородов, таких как этан, циан и бензол.

    4) Спускаясь в атмосфере, аппарат обнаружил наличие аргона-36 и 38, а также криптона и ксенона в атмосфере. Учёные предположили, что азот и благородные газы попали в атмосферу Титана в процессе его формирования, однако соотношение аргон-36/азот оказалось в миллион раз меньше того, что есть в атмосфере Солнца. Это говорит о том что азот попал в атмосферу Титана не в чистом виде, а в виде каких-то азотсодержащих соединений.

    5) В атмосфере Титана обнаружилась 0,05% концентрация радиоактивного аргона-40, который также косвенно доказывал наличие криовулканизма (так как период его полураспада составлял 1,3 млн лет, и за время существования атмосферы он должен был почти весь распасться).

    6) Коричневая дымка Титана, скрывающая его поверхность, оказалась аэрозолем метана, этана и цианистого водорода (весьма ядовитого вещества). Дымка обнаруживалась на всех высотах, с заметными концентрациями на высотах в 80, 30 и 21 км, а также метановые облака на высотах в 16 и 8 км.

    7) На высотах 130-35 км и 25-20 км были взяты две пробы атмосферных аэрозолей. Было установлено, что их основными составляющими являются углерод и азот. Последующее воспроизведение свойств аэрозолей на Земле позволило установить, что на 80 км их основой является цианистый водород, на высоте 44 км им является этан, а на высоте 8 км основу его составляет метан.



    Свет Солнца и заряженные частицы Сатурна приводят к распаду молекул азота и метана, которые за счёт своей химической активности присоединяются к другим молекулам в атмосфере, образуя тем самым более сложные структуры вплоть до полиароматических углеводородов (которые удалось зафиксировать в атмосфере и на поверхности). Более крупные молекулы имеют большую плотность, и постепенно концентрируются в нижних слоях атмосферы, тем самым способствуя образованию там ещё больших по размерам молекул.

    8) Изначально аппаратом должно было быть получено 700 фотографий, но из-за ошибок при проектировании — была получена только половина из них: уже в ходе тестов во время полёта было установлено, что программная ошибка могла привести к тому, что Кассини мог потерять частоту передачи сигнала Гюйгенса, который должен был двигаться относительно него во время посадки. Программный код уже невозможно было переписать, поэтому траекторию посадки Гюйгенса пересчитали так, чтобы в процессе посадки он двигался перпендикулярно Кассини (чтобы минимизировать относительные скорости аппаратов). Для этого Гюйгенс пришлось сбрасывать месяцем позже, чем ранее планировалось.

    Но уже по факту посадки обнаружилась другая напасть: у зонда было две системы связи, но так как объём данных связанных с фотографиями был довольно велик — они передавались одновременно через оба канала, без дублирования. Из-за программной ошибки Кассини не слушал один из каналов, из-за чего половина фотографий была просто потеряна.

    Однако и полученных 350 фотографий (среди которых 3 камеры зонда сделали и несколько стерео) оказалось достаточно: на них были обнаружены русла высохших рек 100 м глубиной с весьма крутыми склонами, свидетельствовавшими о быстрых потоках, бушевавших в этих местах. Место посадки представляло собой русло реки, усыпанное галькой диаметром 10-15 см.



    9) Учёных интересовало происходят ли на Титане грозы, и каков их характер. Поэтому на аппарат были установлены радиоприёмники сверхнизкой частоты, для регистрации резонанса Шумана. И хотя ни одной молнии аппаратом зафиксировано не было, датчики зафиксировали сигнал на частоте в 36 Гц, а также ионосферный проводящий слой, простирающийся на высотах от 140 до 40 км с пиком в районе 60 км. Это свидетельствовало о том что нижний отражающий слой не совпадал с поверхностью планеты (как на Земле), а находился на глубине в 55-80 км под её поверхностью.



    Модель строения Титана Доминика Фортреса из университетского колледжа Лондона, сделанная им на основе данных Гюйгенса и Кассини. Лёд VI изображённый здесь — хоть и тает при 81°C, но не имеет ничего общего с лёд-девять Курта Воннегута, и не представляет для нас угрозы, так что титанианские формы жизни можно не бояться, даже если они там есть).

    10) Найти место посадки зонда оказалось довольно сложным делом, так как хотя камера бокового обзора Гюйгенса и могла регистрировать детали поверхности на дистанции до 450 км, но радары Кассини совершенно не видели те особенности рельефа, которые были запечатлены камерами Гюйгенса. Этот эффект получивший название «призрачных дюн» и оказался связан с поверхностными отложениями углеводородов, которые не отражают радиосигналов. Тем самым Кассини фактически смотрит «сквозь» них, обнаруживая только слои грязного льда находящихся ниже поверхности планеты, и имеющие менее выраженный рельеф.

    Это позволило учёным установить что наиболее вероятным кандидатом на строительный материл для дюн Титана являются гранулы углеводородов и/или нитрилов с небольшим содержанием водяного льда и характерными размерами в 0,1-0,3 мм (близкие по размерам к земному песку), источником перемещения которого, в условиях весьма медленного ветра у поверхности — является сальтация.

    «Грандиозный финал»


    В мае 2017 года решалась дальнейшая судьба аппарата: к завершению второй продлённой миссии у него осталось очень мало топлива, и были рассмотрены 19 возможных вариантов завершения миссии, среди которых были столкновение с Сатурном, его основными кольцами или ледяными спутниками, увод с орбиты Сатурна на гелиоцентрическую орбиту или стабильную орбиту вокруг Титана/Фебы (и даже вариант столкновения с Меркурием). В итоге было принято решение направить аппарат в атмосферу Сатурна, чтобы таким образом обезопасить спутники Сатурна от их возможного биологического загрязнения. Для осуществления этой задачи аппарат выполнил 22 апреля манёвр вблизи Титана, который перенаправил его в 2000-километровый промежуток между Сатурном и его ближайшим кольцом.

    С тех пор он совершил 21 виток на дистанции всего в 1600-4000 км от сатурианских облаков, всё время приближаясь к атмосфере Сатурна, и на данный момент находится на своём последнем 22-м витке. Аппарат сделает свои последние снимки за пару часов до вхождения в атмосферу, после чего развернёт свою 4-метровую антенну по направлению к Земле, и будет передавать данные о составе сатурианской атмосферы со своих спектрометров до тех пор, пока сможет парировать атмосферные возмущения. Вскоре после потери с ним связи он разрушится, и сгорит в плотных слоях атмосферы Сатурна — где-то там, в созвездии Змееносца за 1,4 млрд км от нас.


    Ссылки:


    Отсчёт до «Большого финала» миссии
    Интерактивная 3D-модель аппарата
    Необработанные фотографии аппарата (395 328 штук)
    Топ-10 фотографий сделанных аппаратом по годам (за период 2011-2016)
    Топ-10 научных открытий по годам (за период 2005-2016)
    Метки:
    Поделиться публикацией
    Комментарии 42
    • +6

      Хнык… :(
      Буду скучать, Кассини!

      • +1
        Но нам на память останется много красивых фотографий, которые были сделаны им и переданы нам сюда на землю.
      • +6

        Большое спасибо за статью!
        Прямо путь Джедая-Кассини :-)

        • +3

          Присоединяюсь, прекрасный материал!


          Помню дичайший восторг, когда первый раз узнал о миссии "Гюйгенса". Черт побери, решиться создать аппарат для совершенно неизведанного мира, успешно запустить его, заснять моря и пересохшие русла рек (!!), да еще по пути записать звук ветра в облаках (!!!) — это что-то невероятное.


          Вот еще одно прекрасное видео с работой Гюйгенса во время посадки
          • +3
            И я никогда, наверное, не забуду тот выпуск теленовостей, по которому рассказали, что к Сатурну отправлен Кассини и что он прибудет к планете через семь лет. Я тогда учился во втором классе и подумал ещё, ого, это же как долго ещё ждать (столько же, сколько я прожил на тот момент). А тут уже двадцать лет, считай, прошло, почувствовал себя старым.
            Прощай, Кассини…
            • +1
              Большое спасибо за дивное видео, как будто сам там приземлялся за аппаратом следил из ЦУПа.
          • +7
            В очередной раз восхищаюсь трудами ученых способных реализовать такой проект. И Вам за статью спасибо, очень интересно было читать.
            Интересно, а чего все же не решили отправить на Меркурий? Были бы совсем другого рода открытия, как мне кажется. Заканчивая программу по изучению Сатурна попутно изучить немного Меркурий
            • +1
              На сколько знаю — у Кассини в баках остаётся что-то около 50 кг топлива, и на уход с орбиты Сатурна этого может не хватить (много было потрачено в ходе манёвров расширенных миссий).
            • 0
              шестиугольника Сатурна — другого атмосферного шторма, научного объяснения для правильной шестиугольной формы которого нет до сих пор.
              Вроде как тут проскакивала новость, что шестиугольник объяснили и даже смогли воспроизвести. Форма определяется кучей вихрей по границе центрального, вращающимися в противоположную сторону.

              А где можно глянуть другие снимки поверхности Титана?

              upd: В вики есть описание
              • +1
                Не обработанные снимки лежать здесь, обработанные — тут.
                • +1
                  Да, есть и компьютерные модели и реальные эксперименты, воспроизводящие из турбулентностей шестиугольник.
                  Ничего необъяснимого там и в помине нет, просто явление не встречается в Земной атмосфере, только и всего.
                  • +1
                    Кстати, странно, что его открыли только вояджеры. Неужели техника настолько вперед ушла?
                    image
                    image

                    1
                    2
                  • –5
                    Всё хорошо, но как же тяжело читается текст из-за кучи пунктуационных ошибок…
                    «Зонд названный в честь», «солнечной энергии доступной нам на орбите Земли», и т. д.
                    Хотя бы про деепричастные обороты почитайте. Такой серьёзный материал, и такой неграмотный текст…
                    • +2
                      К сожалению грамматика не относится к моим сильным сторонам, и если я буду вычитывать статьи до около идеального состояния — то мне удастся написать от силы о половине вещей, о которых бы мне хотелось. Приходится выбирать что-то одно.
                      • +2
                        Так захватывающе, что не заметил ни одной :)
                        пишите пожалуйста ещё
                    • +1
                      Однако и полученных 350 фотографий (среди которых 3 камеры зонда сделали и несколько стерео) оказалось достаточно: на них были обнаружены русла высохших рек…

                      Однако в большинстве статей можно встетить только этот один снимок с поверхности и иногда смонтированное видео посдаки. Может кто знает где можно найти остальные 349 :)?
                      • +1
                        Видео там выше — как раз из снимков зонда было составлено. Фотографии есть на сайте JPL (но там только небольшая часть), и на сайте ESA создававшей аппарат (но там они сильно фотографиями Кассини разбавлены, и фильтров я не нашёл). Есть ещё здесь, но тоже в перемешку.
                      • +2
                        завершается без одного месяца 20-летняя миссия

                        Только подумать 20 лет. Какая-же надёжность бортовых систем. Ведь у сатурна довольно мощная радиация. Всё таки жалко аппарат столько лет на службе науки. Надеюсь будут еще миссии полетят гораздо более мощные аппараты, если НАСА решит проблемы с запасом плутония.
                        • +1
                          разглядеть там что-нибудь было просто невозможно, так что скажем шестиугольник Сатурна — был обнаружен только пролетающими мимо Вояджерами.

                          А сейчас даже любители с достаточно большими телескопами могут его разглядеть.
                          • 0
                            Большое спасибо за отличную статью!
                            • 0
                              Лучше бы припарковали в кольцах, глядишь попозже бы и забрали в музей!
                              • +5
                                Боялись, что там могут разбить камнем стекло и вытащить видеорегистратор…
                              • 0
                                Было очень интересно почитать, спасибо за статью!
                                • 0

                                  "Усилия Кассини и его команды сумевшей добиться выделения дополнительно около 400 млн $ на следующие 7 лет миссии" — почему такая сумма большая (или не большая)? На зарплату специалистам, на проведение расчетов новых траекторий, на перепрошивку аппарата?

                                  • +1
                                    Только учёных (которые выбирают то, что аппарат будет изучать) указывается по 125 человек от NASA и ESA. Плюс ещё управление всеми 12-ю инструментами (обычно это делают отдельные люди, так что с учётом выходных/отпусков выходит 20-30 человек наверно), передача данных через сеть дальней связи NASA и построение траекторий (что тоже не просто с учётом требуемой точности — аппарат постоянно в сотнях километров от спутников пролетает).
                                    • +1

                                      согласно этим расчетам это зарплата в $250 тыс в год, если бы затраты были только на нее. это очень хорошая зарплата по меркам США, но не запредельная. И скорее всего были и другие затраты, снизившие эту сумму до еще более приемлемой

                                  • 0
                                    А когда получат последние фото из атмосферы?
                                    • +1
                                      Около 13 часов по Москве. После этого он развернётся главной антенной к Земле (так что камеры будут направлены где-то на горизонт) и будет передавать только данные со спектрометров (о составе атмосферы Сатурна).
                                    • +1

                                      Будем ждать последних данных, может и тут что-то появится интересное…
                                      Спасибо за обзорную статью.

                                      • +2
                                        На поверхности было слегка теплее (-180°C)
                                        Приземлимся на Сатурн — греться будем, однако.
                                        • 0
                                          Интересно, наверное, выглядит небо с поверхности Дафниса.
                                          • +2
                                            Daphnis in the Keeler Gap
                                            image

                                            flic.kr/s/aHskH2vh5y — тут чуть больше картинок
                                            • 0
                                              Ну тут все же взгляд чуть со стороны. Но да, представление дает.
                                          • +2
                                            Прямая трансляция завершения миссии начнётся на NASA TV Media с 13.30 по Москве. Расписание конференций по поводу конца миссии и само её завершение можно посмотреть здесь (расписание по стандартному восточному времени — для Москвы надо 7 часов прибавлять).

                                            На NASA TV Public сейчас идёт лекция посвящённая аппарату.
                                            • 0
                                              Уважаемый автор, уберите, пожалуйста, из последней фразы статьи упоминание созвездия Стрелец. Грамматика грамматикой, но логику иногда включать полезно, особенно при написании подобного рода материалов.
                                              • +1
                                                А в чём нарушение логики заключается? Сатурн насколько знаю — сейчас действительно в созвездии Стрельца находится. В будущем конечно и положение его на небе изменится и дистанция (да и со всеми остальными планетами будет также). Но речь в той фразе идёт исключительно про момент вхождения его в атмосферу.
                                                • +1
                                                  В созвездии Змееносца
                                                  image
                                              • –1
                                                Позвольте уточнить: планета Сатурн, та, что в Солнечной системе, сейчас находится в созвездии Стрельца? И дистанция, которая указана, это расстояние до созвездия Стрельца?
                                                У Вас получается так. Астрономия пополам с астрологией.
                                                • +3
                                                  Позвольте уточнить: планета Сатурн, та, что в Солнечной системе, сейчас находится в созвездии Стрельца?
                                                  Точнее в созвездии Змееносца (меня поправили выше).
                                                  И дистанция, которая указана, это расстояние до созвездия Стрельца?
                                                  Расстояние это — текущее, до Сатурна. До созвездий просто невозможно померить расстояния, так как звёзды их формирующие — группируются исключительно по угловому положению с Земли, и физически порой сильно разнесены.
                                                  У Вас получается так. Астрономия пополам с астрологией.
                                                  Созвездия — это вполне астрономическое понятие, которым астрономы и любители и профессионалы пользуются, чтобы примерное положение небесного тела показать. С чего меня сразу в астрологи записывать?
                                                • 0
                                                  Говорят сигнал с аппаратом потеряли.
                                                  • +2

                                                    Вот финальные моменты.
                                                    • +1
                                                      Эффект волнового отклика материала колец на колебания недр Сатурна.
                                                      Предсказан и подтверждён. Соавтор — Каролин Порко, рук.группы изображений миссии.

                                                      Только полноправные пользователи могут оставлять комментарии. Войдите, пожалуйста.